Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов
Для концепции беспилотного летательного аппарата-разведчика с элементами искусственного интеллекта предложен ряд базовых компонентов САПР летательного аппарата, являющегося носителем сенсоров....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2010
|
| Назва видання: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46399 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов / И.А. Варава // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 140-146. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46399 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-463992025-02-09T21:06:26Z Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов The elements of CAD for unmanned aircraft based on CFD-soft-ware Варава, И.А. Для концепции беспилотного летательного аппарата-разведчика с элементами искусственного интеллекта предложен ряд базовых компонентов САПР летательного аппарата, являющегося носителем сенсоров. Для концепції безпілотного літального апарату-развідника з елементами штучного інтелекту запропоновано ряд базових компонентів САПР літального апарату, що є носієм сенсорів. The some basic components for automatics projecting are proposed for concept of the mobile robot-UAV with artificial intelligence elements. 2010 Article Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов / И.А. Варава // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 140-146. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46399 004.896 ru Комп’ютерні засоби, мережі та системи application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Для концепции беспилотного летательного аппарата-разведчика с элементами искусственного интеллекта предложен ряд базовых компонентов САПР летательного аппарата, являющегося носителем сенсоров. |
| format |
Article |
| author |
Варава, И.А. |
| spellingShingle |
Варава, И.А. Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Варава, И.А. |
| author_sort |
Варава, И.А. |
| title |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов |
| title_short |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов |
| title_full |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов |
| title_fullStr |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов |
| title_full_unstemmed |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов |
| title_sort |
элементы сапр беспилотных летательных аппаратов на базе cfd-пакетов |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46399 |
| citation_txt |
Элементы САПР беспилотных летательных аппаратов на базе CFD-пакетов / И.А. Варава // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 140-146. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT varavaia élementysaprbespilotnyhletatelʹnyhapparatovnabazecfdpaketov AT varavaia theelementsofcadforunmannedaircraftbasedoncfdsoftware |
| first_indexed |
2025-11-30T20:20:43Z |
| last_indexed |
2025-11-30T20:20:43Z |
| _version_ |
1850248059608367104 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 140
І. Varava
THE ELEMENTS OF CAD
FOR UNMANNED AIRCRAFT
BASED ON CFD-SOFTWARE
The some basic components for
automatics projecting are proposed
for concept of the mobile robot-UAV
with artificial intelligence elements.
Key words: CAD, CFD-software,
UAV.
Для концепції безпілотного літа-
льного апарату-развідника з еле-
ментами штучного інтелекту за-
пропоновано ряд базових компо-
нентів САПР літального апарату,
що є носієм сенсорів.
Ключові слова: САПР, CFD-паке-
ти, безпілотні літаки.
Для концепции беспилотного ле-
тательного аппарата-разведчика
с элементами искусственного ин-
теллекта предложен ряд базовых
компонентов САПР летательного
аппарата, являющегося носите-
лем сенсоров.
Ключевые слова: САПР, CFD-па-
кеты, беспилотные самолеты.
И.А. Варава, 2010
УДК 004.896
И.А. ВАРАВА
ЭЛЕМЕНТЫ САПР БЕСПИЛОТНЫХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
НА БАЗЕ CFD-ПАКЕТОВ
В работах [1−7] сотрудников Института ки-
бернетики имени В.М. Глушкова НАН Ук-
раины для задач оперативного обнару-жения
и нейтрализации опасных быстро-
протекающих техно-экологических проис-
шествий (ТЭП) указана необходимость авто-
матизированного проектирования, создания
и сопровождения функционирования спе-
циализированных интеллектуализированных
роботов-разведчиков (ИРР). В данной работе
рассмотрены ИРР на базе беспилотных ле-
тательных аппаратов (БПЛА), несущих оп-
тимальный комплект сенсоров для разведки
зоны развития ТЭП, воздействия на техно-
сферу и природную среду.
С учетом разнообразия классов энерге-
тической интенсивности множества типич-
ных ТЭП, как показано в работах [1, 2, 6, 7],
целесообразно обеспечить процессы проек-
тирования и эксплуатационного сопровож-
дения таких ИРР. Их конструкция призвана
обеспечить выполнение программы обсле-
дования и доразведки области природо-
технической среды, где высок риск воздейст-
вия конкретного анализируемого ТЭП.
С учетом сказанного является актуальным
создание концепции и базовых компонентов
программно-аппаратных средств САПР про-
ектирования ИРР, объединяемых в «Техно-
парк интеллектуализированных роботов-
разведчиков» (ТИР) [1, 2, 6, 7].
Одним из компонентов САПР ТИР являет-
ся система автоматизированного проекти-
рования летательного аппарата ИРР с уче-
том специфики основных классов ТЭП, для
разведки которых предназначен ТИР [1].
ЭЛЕМЕНТЫ САПР БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ CFD-ПАКЕТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 141
Важной частью проектирования является выбор геометрической летатель-
ного аппарата (ЛА). Учитывая это, актуальными являются аэродинамические
расчеты по обтеканию профиля ЛА.
Основными уравнениями динамики тел, движущихся в жидкой или газооб-
разной среде являются уравнения Навье − Стокса:
( ) fpvvv
t
v
+∇
ρ
−∆ν+∇⋅−=
∂
∂ 1
и уравнения непрерывности:
0=⋅∇ v ,
где v − 3D скорость потока жидкой или газообразной среды; p − давление, ρ −
плотность массы; ∇− оператор градиента; ∆ − оператор Лапласа; f
− вектор
внешней силы.
Исследование аэродинамических характеристик в лабораторных условиях
продолжает оставаться вынужденным экспериментом, так как современная аэ-
родинамическая труба − это сложная и дорогостоящая установка. Однако суще-
ствующие вычислительные мощности и программные средства позволяют сэко-
номить ресурсы при проектировании ЛА, а также других тел, которые движутся
в жидкой или газообразной среде. Анализ необходимых вычислительных ресур-
сов для аэродинамических расчетов CFD пакетами приведен в таблице.
Среди программных пакетов CAD/CAE систем особого внимания заслужи-
вают пакеты вычислительной гидроаэродинамики Computational Flow Dynamics
(CFD). Такие пакеты обладают большим набором численных моделей физиче-
ских процессов и позволяют проводить точное моделирование гидроаэродина-
мических задач, используя метод конечных элементов (МКЭ). Наиболее попу-
лярными CFD-пакетами являются Ansys CFX, Fluent, FlowVision, Flow-3D,
STAR-CD, SolidWorks Flow Simulation. Для повышения производительности
расчетов разработаны версии для высокопроизводительных кластерных систем:
Parallel Performance for ANSYS (DPCG, DJCG, DDS, AMG), CFX-Parallel,
FlowVision-HPC, STAR-HPC.
При работе с ними можно выделить пять основных функций:
- создание геометрии;
- генерация сетки;
- задание физических свойств;
- решение системы;
- визуализация результатов.
Для задач проектирования БПЛА к числу особо сложных задач относятся
физические модели турбулентных течений. К ним относятся:
- модель Спаларта − Алмараса;
- прямое численное моделирование direct numerical simulation (DNS);
- метод крупных вихрей large eddy simulation (LES);
- k-ε модель;
- k-ω модель.
И.А. ВАРАВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 142
ТА
БЛ
И
Ц
А
. А
на
ли
з н
ео
бх
од
им
ы
х
вы
чи
сл
ит
ел
ьн
ы
х
ре
су
рс
ов
д
ля
а
эр
од
ин
ам
ич
ес
ки
х
ра
сч
ет
ов
C
FD
п
ак
ет
ам
и
Х
ар
ак
те
ри
ст
ик
и
П
ла
тф
ор
мы
, О
С
H
P,
IB
M
, L
in
ux
, S
G
I,
Su
n,
W
in
do
w
s
20
00
, W
in
do
w
s X
P
Pr
of
es
si
on
al
,
W
in
do
w
s X
P
64
-b
it,
W
in
do
w
s X
P
H
om
e
U
N
IX
W
or
ks
ta
tio
ns
,
32
- o
r 6
4-
B
it
W
in
do
w
s a
nd
L
in
ux
M
S-
W
in
do
w
s,
Li
nu
x
32
-b
it
W
in
do
w
s &
W
in
do
w
s X
P
H
om
e
&
P
ro
; W
in
do
w
s S
er
ve
r 2
00
3;
W
in
do
w
s
V
is
ta
, 3
2-
bi
t L
in
ux
R
ed
H
at
E
nt
er
pr
is
e
3.
0+
a
bo
ve
W
in
32
/6
4,
L
in
ux
W
in
do
w
s X
P
W
in
do
w
s 9
8,
N
T,
2
00
0,
X
P,
Li
nu
x
R
ed
H
at
7
.3
, S
ol
ar
is
8
H
P,
IB
M
,
SG
I,
L
in
ux
, W
in
do
w
s
Д
ис
ко
во
е
пр
ос
тр
ан
ст
во
3.
5
Гб
10
0Г
б
+4
00
-
55
0
М
б
2
Гб
70
0
М
б
О
пе
ра
ти
вн
ая
па
мя
ть
51
2
М
б
2
Гб
25
6
М
б
10
24
M
б
1
Гб
1
Гб
51
2
М
б
51
2
М
б
Ча
ст
от
а
пр
о-
це
сс
ор
а
In
te
l P
4,
Pe
nt
iu
m
II
I -
1
ГГ
ц
In
te
l P
II
I
(C
el
er
on
)
50
0М
Гц
,
A
M
D
A
th
lo
n
(D
ur
on
)
50
0М
Гц
Pe
nt
iu
m
IV
3
ГГ
ц
Pe
nt
iu
m
II
I o
r
la
te
r
In
te
l P
en
tiu
m
II
I 5
50
M
hz
П
ар
ал
ле
ль
ны
е
вы
чи
с-
ле
ни
я
Pa
ra
lle
l P
er
fo
rm
an
ce
fo
r
A
N
SY
S
(D
PC
G
, D
JC
G
,
D
D
S,
A
M
G
)
C
FX
-P
ar
al
le
l
Fl
ow
V
is
io
n-
H
PC
W
in
do
w
s H
PC
S
er
ve
r
20
08
g
lib
c
ve
rs
io
n
2.
3.
2
or
h
ig
he
r
ST
A
R
-H
PC
M
PI
C
H
1
.2
.x
LA
M
6
.x
C
FD
-п
ак
ет
A
N
SY
S
C
FX
Fl
ow
V
is
io
n
Fl
ow
-3
D
C
om
so
lM
ul
tip
hy
si
cs
ST
A
R
-C
D
C
A
SD
yn
am
ic
sT
oo
l
Fl
ue
nt
ЭЛЕМЕНТЫ САПР БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ CFD-ПАКЕТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 143
В рамках некоторых пакетов возможна разработка модулей, которые добав-
ляют к базовым возможностям дополнительную функциональность.
В качестве исследуемого в данной работе пакета был выбран
ANSYS/FLOTRAN, поскольку в этом случае можно проводить механико-
прочностные расчеты ЛА и исследовать внешнее обтекание крылового профи-
ля с визуализацией турбулентных вихрей.
При работе с ANSYS/FLOTRAN поддерживается внутренний язык про-
граммирования APDL (ANSYS Parametric Design Language).
Автором разработана программа WIND-UAV, дополняющая коммерческий
программный пакет ANSYS/FLOTRAN, которая позволяет сгенерировать
APDL-файл на основе загружаемого чертежа профиля крыла, заданных значений
скорости полета и угла атаки. Результатом работы полученного скрипта являют-
ся вычисленные значения подъемной силы, силы лобового сопротивления и аэ-
родинамического качества крыла K , т. е. отношения подъемной силы к силе ло-
бового сопротивления:
ло
п
F
FK =
Аэродинамическое качество крыла зависит от угла атаки, формы и плана
профиля. Чем больше значение K , тем большую подъемную силу может созда-
вать крыло при данной скорости полета.
Подъемная сила вычисляется по следующей формуле:
п cos(arctg ) ,dyF P dl
dx
=
∫
а сила лобового сопротивления рассчитывается из выражения:
ло 2 ,dyF P y dl
dl
= π ⋅ ⋅
∫
где l − путь вдоль профиля крыла; P − давление (рассчитывается в процессе
решения).
В качестве примера рассмотрим известный профиль ЦАГИ П-51, который
был разработан для легкомоторных самолетов.
Рассчитанные с помощью программного пакета ANSYS/FLOTRAN поле
скоростей и поле давлений в окрестности крылового профиля ЦАГИ П-51 (по-
зволяющие вычислить подъемную силу пF и лобовое сопротивление лоF ) для
угла атаки α = 20° показаны на рис. 1.
Проводя серию численных экспериментов по расчету поля давления при
различных значениях угла атаки, можно построить поляру. Например, для про-
филя NACA M-10 (рис. 2) была получена зависимость между подъемной силой
и силой лобового сопротивления, показанная на рис. 3.
И.А. ВАРАВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 144
РИС. 1. Поля скоростей и давлений в программном пакете ANSYS
ЭЛЕМЕНТЫ САПР БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ CFD-ПАКЕТОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 145
РИС. 2. Профиль NACA M-10
РИС. 3. Поляра для профиля крыла NACA M-10 (Re = 400000)
Выводы. Автором разработана программа WIND-UAV, дополняющая ком-
мерческий программный пакет ANSYS/FLOTRAN, которая позволяет сгенери-
ровать APDL-файл на основе загружаемого чертежа профиля крыла, заданных
значений скорости полета и угла атаки. Результатом работы полученного скрип-
та являются вычисленные значения подъемной силы, силы лобового сопротив-
ления и аэродинамического качества крыла.
Изложенные в работе программные продукты использовались при выборе
оптимальной формы профиля крыла БПЛА серии «Беркут», создаваемые в Ин-
ституте кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины для задач монито-
И.А. ВАРАВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 146
ринга с воздуха зон развития ранних стадий ТЭП типа лесного пожара либо зон
наводнений.
1. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Разработка информационно-аналитической системы
поддержки принятия решений по управлению опасными быстропротекающими техно-
логическими происшествиями // Матеріали міжнар. конф. "50 років Інституту кібер-
нетики імені В.М. Глушкова НАН України". – ІК НАН України, Київ, Україна, 2007
24–26 грудня. – С. 214 – 222.
2. Pisarenko V.G., Varava I.A., Pisarenko Ju.V., Procopchuck V.I. Information models
for robotics system with intellectual sensor and self-organization // XI–th International
Conf. “Knowledge – Dialogue – Solution (KDS)”. – Varna: FOI-Commerce, 2005. – 2. –
Р. 427 – 432.
3. Писаренко Ю.В. Віртуальне проектування інтелектуалізованих роботів для розвідки і
нейтралізації небезпечних екологічних подій: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – К.,
2005. – 20 с.
4. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Вопросы виртуального проектирования систем, ориен-
тированных на создание интеллектуализированных роботов для мониторинга экстре-
мальных состояний техносферы. Ч. 1 // УСиМ. – Киев. – 2005. – № 4. – С. 8–18.
5. Писаренко В.Г. Системний аналіз складних об’єктів. – К.: УкрІНТЕІ, 2009. – 133 с.
6. Писаренко В.Г., Боюн В.П., Писаренко Ю.В. Информационная технология оперативного
обнаружения и нейтрализации опасных техно-экологических происшествий (ТЭП),
близкая к реальному времени // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. – 2009. – № 8. –
С. 11–17.
7. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Информационные технологии управления опасными
техно-экологическими происшествиями. – М.: Зодиак, 2007. – 112 с.
Получено 15.10.2010
удк 004.896
|