В поисках идеальной формы: как создавался дизайн юнимобиля
Аэродинамика — один из важных факторов, влияющих на расход энергии. Белорусские ученые, работая над формой подвижного состава для комплекса uST — юнимобилей, смогли значительно снизить сопротивление воздуха. Как это было достигнуто, читайте в нашем материале.
Модель для расчетов
Расчет оптимальной аэродинамической формы проводился при помощи модели газовой динамики, основанной на уравнении Рейнольдса (RANS-подход). Определяемые функции — скорость омывания воздушными потоками поверхности юнимобиля и давление на нее, изотермичность и несжимаемость (постоянство температуры и плотности) воздушного потока как среды, обтекающей транспорт.
Для решения уравнения применялась противопоточная схема дискретизации второго порядка с использованием процедуры уточнения «давление — скорость» в рамках алгоритма SIMPLE Патанкара — Сполдинга.
Параметры расчетной области выбирались с учетом геометрических размеров 3D-модели формы. При моделировании подразумевалось движение транспорта с постоянной скоростью.
Ход эксперимента
Для проведения расчетов были подготовлены несколько 3D-моделей. Их оценка выполнялась с помощью сравнительного анализа аэродинамических характеристик с дальнейшим изменением и перерасчетом дорабатываемой модели.
Сравнивались:
• поле распределения давления;
• сила лобового сопротивления Fx;
• коэффициент сопротивления формы Cx;
• наличие турбулизированных потоков.
Шаг 1
Первая пара сравниваемых моделей (№ 1 и 2) определяла исходные характеристики и показывала влияние хвостового S-образного обтекателя: в первой модели была применена комбинация «нос – хвост», во второй – «нос – нос».
Результат получился противоположным ожидаемому: у модели № 2, несмотря на отсутствие хвостового S-образного обтекателя, форма оказалась более аэродинамичной.
Сокращение длины хвостового обтекателя у модели № 1 с увеличением прямолинейного участка салона привело к уменьшению переходного радиуса и срыву потока с ухудшением аэродинамических характеристик по сравнению с моделью № 2.
Шаг 2
Полученный результат учли, и в следующих моделях для улучшения коэффициента сопротивления был увеличен переходной радиус в хвостовом обтекателе и проведено сравнение влияния открытых и закрытых колес. В модели № 3 колеса полностью закрыты обтекателями, в модели № 4 колеса выступают за их пределы.
Расчеты показали значительное (на 26 %) ухудшение коэффициента аэродинамического сопротивления при открытых колесах.
Шаг 3
В моделях № 5 и 6 на основе результатов предыдущих расчетов для улучшения аэродинамики был изменен переход переднего и заднего обтекателей к днищу. Также с помощью данных моделей ученые повторно сравнили влияние хвостового S-образного обтекателя.
Расчет показал положительное влияние плавного перехода от носового и хвостового обтекателей к днищу. Это практически исключило зоны низкого давления, вызывающие срыв потоков с турбулизацией воздуха и положительно сказалось на аэродинамических характеристиках .
Шаг 4
Модель № 7 походила на № 5, повернутую на 180°, а в модели № 8 была применена комбинация «хвост – хвост».
Проведенный анализ показал, что модели № 7 и 5 могут двигаться вперед и назад с одинаковыми аэродинамическими характеристиками на скоростях V = 41,7 м/с, а модель № 8 демонстрирует незначительное улучшение аэродинамических характеристик – на 0,25 %. В свою очередь, модель № 5 за счет закругленного переднего обтекателя обладает лучшими аэродинамическими характеристиками.
Плоский лопатообразный нос модели № 8, работающий как парус, ухудшает обтекание набегающими потоками воздуха и увеличивает силу воздействия ветровых нагрузок на путевую структуру.
Результаты
Исследования показали важность и влияние геометрии переходных участков корпуса, обязательность применения колесных обтекателей и преимущества S-образного хвостовика.
Выработанная по итогам исследования оптимизация конструкции позволила на 16,9 % снизить силу и коэффициент аэродинамического сопротивления новых конфигураций юнимобилей. В частности, с использованием результатов исследования был создан тропический юникар U4-431.
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно