Осенью 1947 стремительный оранжевый самолёт Bell X-1 “Glamorous Glennis” отделился от самолёта-носителя B-29 и зажег свой 4-хкамерный ракетный двигатель XLR-11. Это был первый управляемый сверхзвуковой полёт, который ввёл в историю авиации самолет X-1 и пилота Чарльза Элвуда Йегера (более известного как Чак Йегер).
Во время Второй мировой войны жизни многих пилотов были потеряны из-за слабого понимания эффектов, связанных с проявлением сжимаемости воздуха при приближении к скорости звука. X-1 был построен специально для исследования таких режимов полёта. У пилотов-испытателей и разработчиков Х-1 было лишь туманное представление о том, что их могло ожидать, но они храбро повышали скорость и достигли скорости звука в знаменитом полёте 14 октября 1947 года.
Наличие компьютерных инструментов для физического моделирования могло бы уменьшить риски, позволив инженерам заранее выяснить, откуда ждать опасность, и, опираясь на результаты моделирования, спроектировать самолёт, способный уверенно и предсказуемо преодолеть скорость звука. Важной проблемой была потеря управляемости при приближении к скорости звука. Поскольку воздух не успевает уходить с пути самолета достаточно быстро, он «скапливается» перед фюзеляжем, крылом и хвостовым оперением, формируя ударные волны, которые существенно изменяют воздушный поток над этими поверхностями и могут стать причиной потери управляемости.
Мне захотелось почтить память о достижении Чака Йегера и самолёта X-1, проведя моделирование этого сверхзвукового полёта в ANSYS AIM. Я нашел подходящую геометрическую модель, импортировал её в геометрический редактор и подготовил к расчёту. После чего я достаточно легко создал расчётную область потока вокруг X-1, создал сетку и провёл расчёт с учётом сжимаемости потока. Далее я задал функцию для скорости набегающего потока, увеличивающуюся с M0,8 до M1,06 в течении 10 секунд.
На рисунке выше показано распределение давления в плоскости симметрии самолёта, хорошо заметны несколько ударных волн, образованных носовым обтекателем, наплывом над фонарем кабины, передней кромкой крыла и киля. На рисунке ниже показано распределение числа Маха на виде сверху. Хорошо видно, как воздух накапливается перед носовым обтекателем и передней кромкой крыла, пытаясь уйти с пути самолёта.
Результаты расчёта позволяют нам взглянуть на воздушные потоки вокруг экспериментального самолёта из прошлой эпохи с использованием современных технологий. Сегодня аэрокосмическая промышленность может продолжать развитие воздушных и космических летательных аппаратов с уверенностью в результатах, обеспеченной широко распространенным инструментами всеобъемлющего моделирования – инструментами, в разработке которых так преуспела компания ANSYS.
Хочу выразить благодарность Cornel Alexa, который предоставил CAD-модель Bell X-1 и дал разрешение на публикацию этой статьи.
И, под конец, хочу пригласить Вас узнать больше про ANSYS AIM и о том, как можно интегрировать этот продукт в ваш процесс разработки продукта. Из этой статьи вы можете узнать, как опережающее моделирование и компьютерные исследования обеспечивают инженеров информацией для принятия более взвешенного решения.
Источник: ansys.soften.com.ua
