ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Все или почти все осуществленные до настоящего времени прикладные и фундаментальные исследования аэродинамики автомобиля являются экспериментальными. Причина такого преобладания экспериментальных исследований кроется в сложности процесса обтекания автомобилей. Поля скоростей течений трехмерны со многими малыми, но существенными деталями, зонами отрыва и турбулентности, в значительной мере затрудняющими аналитические исследования и численные расчеты. Конечно, эти же самые моменты затрудняют и экспериментальные исследования. Основная проблема в ходе экспериментальных исследований не связана с осуществлением измерений, методика проведения которых достаточно проста. Основные трудности возникают при анализе результатов, когда оказывается необычайно трудным отделить эффекты, проявляющиеся на одной части поверхности тела, от эффектов, проявляющихся в каком-либо другом месте. Вследствие этого зачастую очень трудно по результатам испытаний какого-либо одного тела сделать выводы, справедливые и для других тел.

Существенный прогресс мог бы быть достигнут в том случае, если бы удалось численные результаты использовать для управления экспериментом. Характерные особенности числовых решений известны: они позволяют быстро проводить параметрические исследования, и получаемая с их помощью подробная информация позволяет исследовать причинно-следственные зависимости. Каковы с учетом указанных преимуществ перспективы использования численных методов в настоящее время и в будущем? Хорошую информацию о возможностях и трудностях числовых расчетов можно извлечь из работы Хирта и Рамшоу. Их статья представляет собой обзор результатов, полученных при попытке численного расчета трехмерного потока с помощью использования уравнений Навье-Стокса, в ней обсуждаются также вопросы удовлетворения граничных условий, учета формы тела, точности, устойчивости, разрешающей способности, затрат машинного времени и стоимости расчетов. В качестве иллюстрации возможностей они привели результаты расчета обтекания трехмерным потоком упрощенной модели грузовика с прицепом. Предполагалось, что поток ламинарный, а число Рейнольдса в соответствии с шириной прицепа считалось равным 140.

Эти особенности результатов числовых расчетов, конечно, делают их очень привлекательными. Однако для полноты картины следует рассмотреть и недостатки результатов числовых расчетов. Основная проблема связана с разрешающей способностью сетки. В только что упомянутом примере расчета обтекания грузовика с прицепом параметры потока определены в отдельных точках, полученных в результате разбиения исследуемой области в направлении потока на 38 частей, в вертикальном направлении на 30 и в горизонтальном направлении на 11 частей. Превышающее 12 000 число точек сетки достаточно велико даже для больших ЭВМ типа CDC 7600, в итоге время счета на машине CDC 7600 составило 90 мин. Однако даже и такого количества точек сетки недостаточно для полного описания потока. Внешний поток фактически был ограничен «каналом», размеры которого лишь в 3 раза превышает высоту прицепа и в 5 раз его ширину.