Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Ганзий Ю.В. Романенко И.В. Митюков Н.В. Бусыгина Е.Л.

Работа посвящена определению коэффициента аэродинамического сопротивления типовых поражающих элементов на примере стрелы и сферы. В среде ANSYS CFX произведен расчет и сравнение с экспериментальными опубликованными данными.

Статья в формате PDF

323 KB

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 c_x > 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 c_x = f(M), так и по углу отрыва вязкого потока.

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

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.

Библиографическая ссылка