Учебно-производственная практика: Моделирование с помощью КОМПАС – 3D. CFD-моделирование и расчёт в KompasFlow

1.

Учебно-производственная практика
Моделирование с помощью КОМПАС – 3D:
Создание твердотельной модели киля вертолёта
CFD-моделирование и расчёт в KompasFlow:
Расчет коэффициента подъемной силы аэродинамического профиля
2025 КНИТУ-КАИ
1

2.

Назначение киля (ВО)
Киль вертолёта, как элемент вертикального
оперения — это аэродинамическая
поверхность, предназначенная для обеспечения
путевой устойчивости, управляемости
вертолёта, и балансировки относительно
вертикальной оси.
На режиме горизонтального полёта киль
создает боковую аэродинамическую силу,
направленную в сторону силы тяги рулевого
винта, что позволяет его разгрузить.
2025 КНИТУ-КАИ
2

3.

Применяемые типы ВО на современных вертолётах:
Киль «Акулий хвост»
Верхняя и нижняя секции киля имеют разную стреловидность.
Крепление киля конструктивно может быть сбоку либо по оси
симметрии хвостовой балки.
Обычно выполняются одно-/двухлонжеронными с использованием
металлических и композитных материалов.
Eurocopter AS 355
Килевые шайбы
Устанавливаются по бокам от стабилизатора.
Позволяют сократить размах (удлинение)
стабилизатора
Часто применяется на вертолётах соосной схемы
Имеют большую суммарную площадь ВО в плане
Ансат
2025 КНИТУ-КАИ
3

4.

Применяемые типы ВО на современных вертолётах:
Т-образное оперение
Стабилизатор закрепляется сверху на
киле типа «Акулий хвост».
Обычно дополняется малыми по размеру
килевыми шайбами по бокам для
уменьшения удлинения стабилизатора
MH-6 Little Bird
Килевая балка
Представляет собой аэродинамическую поверхность на конце
хвостовой балки. С помощью килевой балки РВ выносится в
плоскость вращения НВ. Это обеспечивает равновесие моментов
сил, создаваемых НВ, относительно продольной оси вертолета.
Bell AH-1Z Viper
2025 КНИТУ-КАИ
4

5.

Координаты профиля NACA-4412
2025 КНИТУ-КАИ
x
yв
yн
0
0
0
1,25
2,44
-1,43
2,5
3,39
-1,95
5
4,73
-2,49
7,5
5,76
-2,71
10
6,59
-2,86
15
7,89
-2,88
20
8,80
-2,74
25
9,41
-2,5
30
9,76
-2,26
40
9,8
-1,8
…
…
…
95
1,47
-0,16
100
0
0
5

6.

Создание файла с координатами в .txt формате
Первый столбец – координата X
Второй столбец – координата Y
Для нижнего сплайна:
Для верхнего сплайна:
Примечание:
Между цифрами используются точки, а не запятые
На запятые удобно поменять командой «Заменить»
В итоге получаем 2 .txt файла:
2025 КНИТУ-КАИ
6

7.

Создание контура аэродинамического профиля
Команда «Сплайн по точкам» в меню «Геометрия»
Получаем контур аэродинамического профиля:
Загружаем .txt файлы командой
«Читать из файла»
2025 КНИТУ-КАИ
7

8.

Выбор параметров и размеров киля
Аэродинамический профиль: RAF-38
Корневая хорда: 510 мм
Концевая хорда верхней части: 360 мм
Концевая хорда нижней части: 370 мм
Площадь: 0,62 м2
Размах: 1420 мм
Угол стреловидности верхней части: 35 градусов
Угол стреловидности нижней части: 14 градусов
Пример:
Заданные параметры киля из задания:
Угол стреловидности верхней секции – 30 градусов
Угол стреловидности нижней секции – 25 градусов
Площадь в плане – 0,8 м2 ± 0.05 м2
Корневая хорда – 550 мм
Остальные параметры задаются произвольно
2025 КНИТУ-КАИ
8

9.

Выбор параметров и размеров киля
2025 КНИТУ-КАИ
9

10.

Создание твердотельной модели
Создаём эскиз → вставляем контур киля
2025 КНИТУ-КАИ
Команда «Локальная система координат»
Задаем дополнительные системы координат
на концевых хордах
10

11.

Создание твердотельной модели
В локальной системе координат создаём эскиз и вставляем контур аэродинамического профиля с учётом масштаба
Изначально контур дан с хордой 100мм.
Например: концевая хорда равна 370мм – следовательно коэффициент масштабирования равен 3.7
Делаем так же для корневой и оставшейся концевой хорды
2025 КНИТУ-КАИ
11

12.

Создание твердотельной модели
Во вкладке «Твердотельное моделирование»:
Элемент выдавливания -> Элемент по сечениям
2025 КНИТУ-КАИ
12

13.

CFD-моделирование
Ниже середины (произвольно) размещаем контур
аэродинамического профиля
с коэффициентом масштабирования 1.5
и вырезаем с помощью команды «Вырезать
выдавливанием»
Создаём прямоугольник с размерами 350 х 400 х 10 мм
2025 КНИТУ-КАИ
13

14.

CFD-моделирование
Выбираем надстройку «KompasFlow»
Создаём новый проект
Во вкладке «Физические процессы»:
Турбулентность – Да
«Расчетная сетка»:
nX – 100
nY – 10
nZ - 100
2025 КНИТУ-КАИ
14

15.

CFD-моделирование
Создаём граничные условия:
1. Вход
Меняем название на
«Вход»
Меняем цвет
Тип ГУ – Вход/Выход
Значение скорости - 70
Выбираем переднюю кромку нашей модели
2025 КНИТУ-КАИ
15

16.

CFD-моделирование
2. Выход
Меняем название на
«Выход»
Меняем цвет
Тип ГУ – Свободный
выход
Давление - 0
Выбираем заднюю кромку нашей модели
2025 КНИТУ-КАИ
16

17.

CFD-моделирование
3. Симметрия
Меняем название на
«Симметрия»
Меняем цвет
Тип ГУ – Симметрия
Выбираем обе боковые стороны нашей модели
2025 КНИТУ-КАИ
17

18.

CFD-моделирование
4. Стенка модели
Меняем название на
«Стенка модели»
Меняем цвет
Тип ГУ – Стенка
Выбираем верхнюю и нижнюю кромку нашей модели
2025 КНИТУ-КАИ
18

19.

CFD-моделирование
5. Стенка профиля
Меняем название на
«Стенка профиля»
Меняем цвет
Тип ГУ – Стенка
Выбираем внутренние поверхности профиля
2025 КНИТУ-КАИ
19

20.

CFD-моделирование
Визуализационные слои:
Создать слой
Результат:
Создать новую плоскость
Выбираем плоскость ZX
Расстояние смещения: 5
Результат – Сила
Компонент – Z
Объект – Поверхность
Тип – Граничное условие
Граничное условие – Стенка профиля
Переменная - Скорость
2025 КНИТУ-КАИ
20

21.

CFD-моделирование
Запускаем расчёт
Показать «Каркас»
Дожидаемся сходимости результатов расчёта
2025 КНИТУ-КАИ
21

22.

CFD-моделирование
Из результатов расчёта мы получаем подъемную силу Y
равную 0,697 Н
Формула подъемной силы: