Digitální aerodynamika
Tyto digitální aerodynamika je použití IT s modelováním požadavků a kalkulace v oblasti aerodynamiky , nahrazovat nebo doplňovat testování aerodynamického tunelu na vysoké náklady. Od 80. let 20. století bylo vyvinuto několik softwarových programů pro digitální zpracování aerodynamiky zjednodušených těles (s malým nebo žádným zvýšeným průtokem) a nyní jsou k dispozici na internetu . Díky rostoucí výpočetní síle osobních počítačů od 90. let je většina tohoto softwaru snadno použitelná a má velmi krátké výpočetní doby.
Knihovna profilů
Existuje velmi velké množství profilů , obvykle klasifikovaných podle rodin, jako jsou profily NACA . Většinu z těchto profilů a jejich kontaktní údaje najdete na následujícím webu:
- UIUC Airfoil Coordinates Database - verze 2.0 (více než 1550 profilů). UIUC = University of Illinois v Urbana-Champaign
Následující nástroj může převést soubor profilu do různých formátů (Selig, dxf, Xfoil atd.):
- ConCord (převod souřadnic profilu křídla),
2D software
Software pro 2D profil analyzuje profil křídla s nekonečným poměrem stran; vypočítané charakteristiky, zejména sklon výtahu , se liší od charakteristik křídla s konečným poměrem stran. Kromě programů „Profilu“ R. Epplera, Javafoila a Profoila většina používá software Xfoil vytvořený Markem Drelou z MIT ve Spojených státech.
- Profil, sestavený Richardem Epplerem z univerzity ve Stuttgartu v Německu. Tento software představený v roce 1980 je k dispozici na serveru NASA pod referencí TM 80210 „Počítačový program pro návrh a analýzu profilů nízkých rychlostí“. Upravenou verzi napsal americký aerodynamika John Roncz v roce 1990. Výňatek z tohoto webu (Public Domain Areonautical Software): „Ačkoli má tento program velký historický význam a stále se v něm nacházejí současné práce, které odkazují na výpočty provedené pomocí PROFILU, je ne program volby pro někoho, kdo se učí o výpočtech profilu křídla plus mezních vrstvách. Doporučil bych Xfoil pro dnešní studenty. “
- Javafoil, napsaný Martinem Hepperlem, založený na kódu Eppler. Program je „applet“ používající jazyk „Java“; program se nenačte v počítači uživatele. Od roku 2002 může tento software brát v úvahu „víceprvkový“ profil (profily uspořádané v kaskádě) i půdní efekt. Stejně jako v Epplerově kódu se neberou v úvahu lokalizované laminární separační bubliny, což ovlivňuje výsledky zejména při malých počtech Reynoldsových čísel (méně než jeden milion).
- Profoil, napsaný Michaelem S. Seligem (UIUC, Applied Aerodynamics Group, University of Illinois, USA) z roku 1991, založený na kódu Eppler. Nejnovější verze Profoil-WWW (V1.1) založená v roce 1997 je na webu k dispozici od roku 2005 ve formě html stránek (výpočty provádí server; pro samostatný počítač neexistuje žádná verze). Profoil je navržen tak, aby vytvořil profil pomocí takzvané „inverzní“ metody: pro vytvoření profilu vycházíme z požadovaného rozdělení rychlosti, zatímco klasická metoda (zvaná „přímá“) vychází z existujícího profilu a vypočítává rozdělení rychlostí podél profilu. Profoil nemá žádné nástroje k analýze vytvořeného profilu, což implikuje použití jiného softwaru.
- Xfoil, napsaný Markem Drelou z roku 1986, je svobodný software, jehož nejnovější verze 6.97 byla vydána v dubnu 2008. Xfoil vypočítává tok na 2D profilu (nekonečné prodloužení). Tok může být zvolen dokonalého nebo viskózního typu, přičemž v tomto případě je třeba brát v úvahu mezní vrstvu odpovídající realitě a vypočítat umístění laminárně-turbulentního přechodu, což je nezbytné pro stanovení koeficientu stopy. Xfoil umožňuje pracovat přímou metodou nebo obrácenou metodou. Přímou metodou studujeme tlaky daného profilu. V reverzní metodě je profil definován z daného rozložení tlaku. Tato metoda také umožňuje lokálně upravit nebo „vyhladit“ profil, jehož distribuce tlaku se pravidelně nemění).
Soubor profilu . Zadání souboru profilu vyžaduje dodržování určitých pravidel, zejména dobré geometrické definice na náběžné hraně (hustota bodů a pravidelnost variace zakřivení), zejména pro tenké profily se špičatou náběžnou hranou. Profily dostupné na internetu (databáze NASG nebo UIUC) často postrádají definici na náběžné hraně, což může způsobit selhání výpočtu a rovnovážné iterace nekonvergují. To lze napravit (ale ne vždy) manuálním nebo matematickým vyhlazením v Xfoil nebo grafickým vyhlazením pomocí externího nástroje pro kreslení, který spravuje poloměry zakřivení (například poloměr křivky v Rhinu).
Okenice . Studovaný profil lze lokálně obloukovat (vychýlení části povrchu), ale zůstává monoprofil. Xfoil se nezabývá takzvanými „víceprvkovými“ víceprofilovými konfiguracemi, jako jsou profily vybavené lamelami náběžné hrany a štěrbinami s drážkami. Získané poláry jsou platné pro nekonečný úsek a musí být opraveny pro skutečné použití v konečném úseku.
Platnost . Vypočtený sklon výtahu (vztah Cz / dopad) je o něco větší než sklon stanovený zkouškami v aerodynamickém tunelu. Vypočtená úroveň součinitele odporu je nejčastěji o 15 až 20% nižší než ta, která je dána zkouškami v aerodynamickém tunelu. Podmínky proudění v aerodynamickém tunelu jsou nevyhnutelně víceméně turbulentní, zejména v případě starých aerodynamických tunelů (testy NACA), což zvyšuje měřený odpor (turbulentní přechod je pokročilejší). Vizuální měření polohy přechodu za letu potvrdila výpočty provedené pomocí nástroje Xfoil.
Reverzní metoda . Opravený koeficient výtahu působíme graficky na zobrazené rozdělení rychlosti, které upravuje počáteční profil. Tato metoda umožňuje „vyhladit“ profil představující místní nepravidelnosti a optimalizovat výkon tvarováním tlakového pole v souladu s přechody laminární / turbulentní.
- Glider3d, Profili2 a Mecaflux jsou založeny na Xfoil v rozhraní Windows.
2D / 3D software
Tyto programy jsou založeny na Xfoil (2D) přidáním úvah o účincích konečné stupnice (3D).
- MIAreX zachází s nelineárním zdvihem podle modelu LLT (Lifting Line Theory). Omezuje se pouze na studium samotného křídla; efekty vzepětí a výložníku jsou ignorovány.
- XFLR5 přidává 3D možnosti do rozhraní Windows. Tento software umožňuje studovat chování profilů a křídel. Zabývá se 3D vývojem v režimu „nelineární nosné linie“, který byl prototypován v MIAReXu.
3D software
- AVL ( Athena Vortex Lattice ) je svobodný software, který napsali a vyvinuli v roce 1988 Harold Youngren a Mark Drela a do Windows jej přenesli v roce 2004 (AVL 3.26).
AVL vypočítá rovnováhu, vztlak a indukovaný odpor kompletního 3D nastavení s několika profily křídel. Pohyblivé části (klapky, křidélka atd.) Jsou definovány deformací střední linie profilu. Na rozdíl od Xfoil výpočet počítá s dokonalým tokem typu tekutiny s následujícími omezeními:
- žádná viskozita, tedy žádné tření (třecí odpor musí být vypočítán samostatně),
- žádné oddělení (žádné oddělení při vysokém výskytu); svahy výtahu jsou lineární: získané údaje jsou platné pouze při nízkých úhlech náběhu, s výjimkou aerodynamického útlumu (řekněme méně než 7 až 10 °),
- tok je nestlačitelný; výpočet zůstává platný v podzvukových podkritických (Mach <0,7)
Podrobná definice hmot umožňuje vypočítat setrvačnost a vlastní režimy (vlastní režim) v rozteči a vybočení. Vizualizace chování v dynamice.
Hlavním zájmem AVL je snadné modelování a schopnost rychle prozkoumat vyvážené nebo nevyvážené letové podmínky. Můžeme hledat distribuci vztlaku v rozpětí křídel, lokální stání (přebytek Cz), hodnoty vychýlení pohyblivých ploch potřebné pro rovnováhu, hodnoty definující stability (momenty a derivace ve stoupání, vybočení ), atd. Pokud je zjištěn problém, lze konfiguraci změnit na obrazovce nebo v definičním souboru a velmi rychle ji zkontrolovat. Pokus o to samé udělat ručně, tabulkou (tabulkovým procesorem) nebo nástrojem, který vyžaduje úplnou síť povrchu (například Fluent), by zabralo mnohem více času: hodiny místo sekund. Porovnání AVL-Fluent ukazují, že AVL je díky své flexibilitě a rychlosti vhodnější pro počáteční fáze projektu (viz odkazy 5 a 6).
AVL nebyl navržen pro řešení interakcí profilů křídel s trupem, což vyžaduje jemné korekce. Porovnání mezi AVL a testy v aerodynamickém tunelu poskytují představu o nezbytných opravách. Rovněž nejsou ošetřeny účinky pohonu (výbuch vrtule).
Od srpna 2010 může AVL brát v úvahu účinek pevných stěn umístěných v blízkosti modelu, což umožňuje modelovat chování modelu v aerodynamickém tunelu. Nejnovější verze (AVL 3.31, duben 2011) je k dispozici pro Linux.
- ASWING napsal Mark Drela na základě AVL pro studium aerodynamiky, strukturálních napětí a deformací za letu letounu s vysokou flexibilitou (křídlo s vysokým poměrem stran, velmi tenký trup). Stránka obsahuje video s kluzákem a deformací létajícího křídla. Typické použití: studie selhání letu letícího křídla „Helios“ za letu z NASA. Na rozdíl od Xfoil nebo AVL není tento software veřejným majetkem.
Software vrtule
- Xrotor, napsaný H. Houngrenem a M. Drelou v letech 1998 až 2004 (verze 7.53), nejnovější verze 7.55 pro Unix, se konkrétně týká vrtulí. Přístup zdarma od roku 2011. Software zohledňuje: běžné vrtule, protiběžné, potrubní vrtule, rotory vrtulníků, větrné turbíny. Různé nástroje umožňují rychlou změnu rozměrových charakteristik a změnu rozteče a zkroucení lopatek pro optimální účinnost pohonu. Kanálové vrtule lépe zohledňuje DFDC.
- Návrh kódu ventilátoru s kanálem DFDC. Odvozeno od Xrotoru, DFDC je analytický a návrhový nástroj pro vrtule rotující uvnitř kapotáže. Tento software umožňuje měnit tvar kapotáže, počet a tvar lopatek atd. Můžeme přidat druhý rotor a stator (pro narovnání toku). DFDC napsal a vyvinul od roku 2005 Harold Youngren / Mark Drela a portován na Windows v roce 2006 (DFDC 7.0).
- QPROP (Drela) je nástroj pro analýzu výkonu pro sestavu vrtule elektromotor-vrtule nebo sestavu přijímající vrtule-elektrický generátor (větrná turbína). Qprop napsal a vyvinul v roce 2004 Mark Drela a do Windows jej přenesl v roce 2007 H. Youngren (Qprop 1.22).
- QMIL je doplněk k QPROP určený pro analýzu a návrh vrtulí poháněných generátory (větrné turbíny nebo větrný mlýn v angličtině).
- JavaProp, napsaný Martinem Hepperlem, funguje jako JavaFoil jako java applet.
- Heliciel, od roku 2009 (pod okny). Tento placený software bere v úvahu: konvenční vzduchové nebo námořní vrtule, protiběžné, potrubní vrtule, rotory vrtulníků, větrné turbíny, přílivové turbíny. Poskytuje 3D model lopatky ve formátu IGS pro realizaci nebo integraci v CAD. Různé nástroje umožňují rychlou změnu rozměrových charakteristik a změnu rozteče a zkroucení lopatek pro optimální účinnost pohonu. Interaktivní databáze výkonu profilu (včetně xfoil) umožňuje definovat zákrut jako funkci optimální lokální jemnosti po výpočtu indukovaných rychlostí.
Poznámky
Reference
Dodatky
externí odkazy