В.Т. Калугин, А.С. Епихин, П.А. Чернуха
2
их определения целесообразно осуществлять с применением методов
суперкомпьютерного моделирования вихревых течений вязкого газа.
При решении практических задач по моделированию нестационар-
ных турбулентных течений необходимо определить закономерности их
развития, распространения в пространстве и взаимодействия с обтека-
емыми поверхностями. Известны случаи, когда при эксплуатации не-
которых типов самолетов возникали проблемы срыва обшивки с киля
самолета и его вибрации. Вследствие бафтинга пульсации давления,
действующие на упругую конструкцию летательного аппарата, воз-
буждают вибрацию обшивки, стенок топливных баков и других элемен-
тов летательного аппарата, а также колебания несущих поверхностей
и органов управления. Так, в работах [1−3] проанализированы обтека-
ние самолета F/A-18 и бафтинговые явления. В работе [4] рассмотрена
проблема бафтинга килевого оперения и экспериментально исследовано
образование вихрей и их влияние на киль самолета. Кроме того, акту-
альной являяется задача стабилизации грузов-контейнеров, транспор-
тируемых к месту назначения на внешней подвеске вертолета. Вслед-
ствие сложной трехмерной нестационарной отрывной структуры тече-
ния, сопровождающейся попеременным срывом вихрей с боковой
поверхности контейнера, при умеренных и высоких скоростях движе-
ния происходит раскачка груза, приводящая к фатальным последствиям
[12−16].
Для моделирования вихревого нестационарного обтекания был ис-
пользован открытый пакет OpenFOAM, разработанный для численных
решений задач механики сплошной среды. Пакет OpenFOAM является
полностью модульным и поставляется с растущим набором решателей
для широкого круга задач. Решатель — численная модель интегрирова-
ния дифференциальных уравнений в частных производных, основанная
на методе конечного объема. Спектр исходных данных для такого реша-
теля строго ограничен, что позволяет создать описание подготовки рас-
четной задачи независимо для каждого случая. В данной работе для рас-
чета обтекания использовался решатель pisoFOAM, который применим
для нестационарного несжимаемого турбулентного потока и использует
алгоритм PISO для связи уравнения скорости и давления [8].
Математическая модель базируется на обобщенном уравнении, ко-
торое отражает законы сохранения в интегральной форме и может быть
представлено в следующем виде:
grad
,
S
d
d
d q d
t
ϕ
Ω
Ω
Ω
∂
ρϕ Ω + ρϕ ⋅
= Γ ϕ⋅
+ Ω
∂
∫
∫
∫
∫
U n S
n S
где
ϕ
— обобщенная переменная; ρ — плотность; Ω — контрольный
