Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

Drag function for the some striking element on subsonic velocity

Romanenko I.V. Mitiukov N.W. Busygina E.L.
The work is devoted to the definition of drag coefficient model submunitions on the example of the arrow and the sphere. In a medium of ANSYS CFX been calculated and compared with experimental data published.

В настоящее время в производстве находятся некоторые образцы оружия, использующие дозвуковые поражающие элементы [1-5]. Это в первую очередь стрелы, использующиеся для боевых (у антитеррористических подразделений), спортивных и охотничьих луках и арбалетах, а также круглые пули - резиновые дробинки для пневматического оружия или шарики с краской оружия для пинбола.

Между тем, как показало проведенное исследование, в литературе отсутствуют хорошие методики для расчета аэродинамики этих тел [6-9]. Универсальные методики как правило адаптированы для расчетов сверхзвукового диапазона коэффициента сопротивления, поскольку он является определяющим в механике полета этих тел. Однако как удалось установить, дозвуковой диапазон скоростей в них определен «по остаточному принципу» и дает существенное расхождение с имеющимися экспериментальными данными.

С другой стороны, имеются разрозненные данные, например, об аэродинамике спортивных стрел в работе В.Н. Тутевича, но все эти данные приводятся в относительном виде и выделение абсолютных характеристик на его базе не представляется возможным. Кроме того, имеются данные по обтеканию капель и круглых твердых частиц (закон Стокса, закон Озеена и др.), но их движение обычно происходит в вязких средах, а потому в них определяющим является число Re, причем, как правило, существенно докритическое. Пересчет этих зависимостей при учете вязкости атмосферного воздуха, дают скорости порядка нескольких десятков метров в секунду, что также не может быть удовлетворительным для описания движения упомянутых пуль. И, наконец, особенности стрельбы гладкоствольным оружием предполагают наличие кручения пули в полете. Но в данном случае, в отличие от традиционного нарезного оружия, вектор угловой скорости направлен перпендикулярно плоскости стрельбы.

Все это в итоге определило проведение масштабной серии аэродинамических расчетов в среде ANSYS CFX с целью построения удовлетворительной аналитической методики расчета этих поражающих элементов [10-13].

На рис. 1 приведена зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления от числа М для существенно дозвуковых скоростей. Видно, что зависимость нелинейная, на малых числах М достигающее значение cx > 2,0. Идентификация, проведенная по имеющимся обрывочным экспериментальным данным в целом подтвердила правильность расчетов.

На рис. 2 приведена зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления для сферы. Сравнение расчетных данных с имеющимися экспериментальными данными показали неплохое согласование результатов для трансзвуковых скоростей в воздухе и обтекании вязкими потоками. Идентификация проводилась как по функциональной зависимости коэффициента cx = f(M), так и по углу отрыва вязкого потока.

Установлено, что дозвуковой диапазон скоростей можно разделить на несколько этапов: убывание cx при ламинарном обтекании (до М = 0,1); небольшое возрастание при переходных Re (М = 0,10...0,15), дальнейшее снижение cx при небольшой турбулентности (М = 0,15...0,40), повышение cx при развитой турбулентности и сильное повышение cx при трансзвуковых скоростях. При наличии подкручивания пули «под себя» cx возрастает, а в противоположном направлении - снижа- ется [14-19].

Рис. 1. Коэффициент аэродинамического сопротивления для стрелы

Рис. 2. Коэффициент аэродинамического сопротивления для сферы

Список литературы

  1. Применение естественнонаучных подходов в исторических исследованиях. Историческая реконструкция параметров технических систем (шифр «Стрела»): Отчет о НИР (промежуточ.) / Камский ин-т гуманитарных и инженерных технологий. КИГИТ; рук. Бусыгина Е.Л. - Ижевск, 2006. - 281 с. - Исполн.: Митюков Н.В., Коробейников А.В., Мокроусов С.А., Юртиков Р.А., Ганзий Ю.В. - № ГР 01.2006-1464. - Инв. № 17-2006.
  2. Историческая реконструкция параметров технических систем (шифр «Стрела»): Отчет о НИР (заключ.) / Камский ин-т гуманитарных и инженерных технологий. КИГИТ; рук. Митюков Н.В. - Ижевск, 2006. - 140 с. - Исполн.: Коробейников А.В., Бусыгина Е.Л., Мокроусов С.А., Ганзий Ю.В. - № ГР 01.2006-1464. - Инв. № 06-2006.
  3. Моделирование устойчивости магистрального трубопровода к воздействию низкоскоростных поражающих элементов: Отчет о НИР (заключ.) / Камский ин-т гуманитарных и инженерных технологий. КИГИТ; рук. Митю- ков Н.В. - Ижевск, 2009. - 37 с. - Исполн.: Ганзий Ю.В., Салахов М.М. - Инв. № 41-2009.
  4. Математическая модель гидропневмоавтоматики: Отчет о НИР (заключ.) / Камский ин-т гуманитарных и инженерных технологий. КИГИТ; рук. Митюков Н.В. - Ижевск, 2010. - 53 с. - Исполн.: Бусыгина Е.Л., Мокроусов С.А., Ганзий Ю.В., Воротов А.В., Салахов М.М. - Инв. № 50-2009.
  5. Воротов А.В., Ганзий Ю.В., Митюков Н.В. Специализированный калькулятор по расчету пробиваемой брони артиллерийским снарядом «Naval artillery penetration v.2.0» // ГР в ВНТИЦ 07.04.2008 № 50200800720. - Отраслевой фонд алгоритмов и программ 31.03.2008 № 10310. - Заявл. 20.03.2008 № .03524577.02404-01 99 01. // Реф. опубл. «Инновации в науке и образовании». - 2008. - № 3 (38).
  6. Ганзий Ю.В., Нагуманов А.Ш., Митюков Н.В. Исследование аэродинамических характеристик снаряда при активном старте // Перспективные информационные технологии для авиации и космоса» (ПИТ-2010): Тр. межд. конф. с элементами научной школы для молодежи (Самара, 29 сентября-1 октября 2010 г.). - Самара: Изд-во СГАУ, 2010. - С. 502-504.
  7. Митюков Н.В., Ганзий Ю.В. К вопросу об аэродинамике низкоскоростных объектов // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: Тр. 53-й научной конференции МФТИ (22-29 ноября 2010 г.). Часть VI. Аэромеханика и летательная техника. - М.: МФТИ, 2010. - С. 88-89.
  8. Ганзий Ю.В. Определение аэродинамических характеристик снаряда на начальном этапе полета при дозвуковых скоростях / Научн. руковод. Н.В. Митюков // Молодёжь и наука: сборник материалов VII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию первого полета человека в космос [Электронный ресурс]. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2011. - URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2011/thesis/s19/s19_10.pdf.
  9. Романенко И.В. Аэродинамика шарика на дозвуковых скоростях // Вестник КИГИТ. - 2011. - № 5 (18). - С. 39-41.
  10. Митюков Н.В., Ганзий Ю.В. К вопросу о применимости ANSYS LS-DYNE для расчета движения в грунтах // Вестник ИжГТУ. - 2010. - № 1. - С. 121-122.
  11. Ганзий Ю.В., Романенко И.В., Митюков Н.В., Бусыгина Е.Л., Порцева Л.П. Применение пакета ANSYS в задачах исторической реконструкции // Aktualne problemy nowoczesnych nauk - 2012: Materiały VIII międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji (Przemyśl, Polska, 07-15 czerwca 2012 roku). - Volume 33 Historia. Актуальные проблемы современных наук - 2012: Мат. VIІI Международной научно-практической конференции (Пшемышль, Польша, 07-15 июня 2012 г.). - Т. 33. История. - Przemysl: Sp. z o.o. "Nauka I studia", 2012. - P. 45-46.
  12. Ганзий Ю.В., Митюков Н.В. Математическое моделирование для решения задачи исторической реконструкции средневековых стрел // Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов вузов «ЭВРИКА» (Новочеркасск, май-июль 2012 г.) / Мин-во образования и науки РФ, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.(НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2012. - С. 12-13.
  13. Ганзий Ю.В. Математическое моделирование для решения задачи исторической реконструкции средневековых стрел / Научн. руковод. Н.В. Митюков // Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области информатики и информационных технологий: сб. науч. работ: в 3 т. - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - Т.1. - С. 412-416.
  14. Ганзий Ю.В., Романенко И.В., Митюков Н.В. Об определении закона сопротивления сферы // Молодежная наука в развитии регионов: Мат. II Всерос. конф. студентов и молодых ученых с международным участием (Березники, 25 апреля 2012 г.). - Пермь: Березниковский филиал Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. - С. 27-28.
  15. Ганзий Ю.В., Романенко И.В., Митюков Н.В., Бусыгина Е.Л. Законы сопротивления некоторых дозвуковых поражающих элементов // Самолетостроение в России: проблемы и перспективы: Мат. Симпозиума с международным участием. (Самара, 2-5июля 2012 г.). - Самара: Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2012. - С. 125-128.
  16. Романенко И.В., Митюков Н.В. Историческая реконструкция параметров дульнозарядной гладкоствольной артиллерии // Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов вузов «ЭВРИКА» (Новочеркасск, май-июль 2012 г.) / Мин-во образования и науки РФ, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.(НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2012. - С. 28-29.
  17. Ганзий Ю.В., Романенко И.В. К вопросу об определении закона сопротивления сферы / Научн. руковод. Н.В. Митюков // Применение кибернетических методов в решении проблем общества XXI века: Тез. докл. Х Межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Обнинск, 26-27 апреля 2012 г.). - Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2012. - С. 72-73.
  18. Романенко И.В. Математическое моделирование для решения задачи исторической реконструкции параметров дульнозарядной гладкоствольной артиллерии / Научн. руковод. Н.В. Митюков // Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области информатики и информационных технологий: сб. науч. работ: в 3 т. - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - Т.1. - С. 266-272.
  19. Митюков Н.В., Ганзий Ю.В., Романенко И.В. Программа идентификации параметров гладкоствольной артиллерии «Smoothbore» // ГР в ВНТИЦ 16.05.2012 № 50201250660. - ОФЭРНиО № 18173. Заявл. 15.04.2012 № .02076881.00745-01 99 01. // Реф. опубл. Хроники объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование». - 2012. - № 4 (35). - С. 28.