Оптимизация аэродинамической формы монорельсового подвесного юнибуса

The aerodynamic optimisation of the shape of a monorail suspended unibus of string transport has been described within the study on the influence of geometric and structural elements on aerodynamic characteristics. The estimate was carried out through a comparative analysis of the features of two shapes of a model with a further change and recalculation of the model being finalised. The comparison was focused on the drag force and the shape drag coefficient. The calculations used a gas dynamics model based on the Reynolds equations using the Menter SST-k-ω (shear stress transport) turbulence model. To solve the equations to find the design functions, an upwind second-order discretisation scheme was used applying the «pressure–velocity» refinement procedure in the framework of SIMPLE algorithm of Patankar–Spalding with the ANSYS Computational Fluid Dynamics Software. The dimensions of the computational domain were chosen considering the geometric dimensions of the 3D model of the shape. Boundary conditions were identified in the solver. The simulation was carried out for the case of motion of a vehicle at a constant speed.The calculations have shown the importance and influence of the geometry of the transition sections of the vehicle body, the mandatory use of wheel fairings and the advantages of the S-shaped tail. The proposed design optimisation made it possible to reduce the drag force and coefficient by 16,9 %. The studies have resulted in selection of the optimal vehicle model which has the lowest aerodynamic drag coefficient, which made it possible to improve the energy efficiency of the system and its environmental friendliness, and consequently, the profit potential of the transportation process.В статье описана аэродинамическая оптимизация формы монорельсового подвесного юнибуса струнного транспорта. Изучалось влияние геометрических и конструктивных элементов на аэродинамические характеристики. Оценка выполнялась в сравнительном анализе показателей двух форм с дальнейшим изменением и перерасчётом дорабатываемой модели, сравнивались в первую очередь сила лобового сопротивления и коэффициент сопротивления формы. В расчётах применялась модель газовой динамики на основе уравнений Рейнольдса с использованием SST-k-ωмодели переноса сдвиговых напряжений Ментера. Для решения уравнений с целью нахождения искомых функций использовалась противопоточная схема дискретизации второго порядка с применением процедуры уточнения «давление–скорость» в рамках алгоритма SIMPLE Патанкара–Сполдинга; использовался программно-вычислительный комплекс ANSYS Fluid Dynamics. Размеры расчётной области были выбраны с учётом геометрических размеров 3D-модели формы. Идентификация граничных условий производилась в решателе. Моделирование выполнялось для случая движения транспорта с постоянной скоростью.Расчёты показали важность и влияние геометрии переходных участков корпуса транспортного средства, обязательность применения колёсных обтекателей и преимущества S-образного хвостовика. Предложенная оптимизация конструкции позволила на 16,9 % снизить силу и коэффициент аэродинамического сопротивления. По результатам проведённых исследований была выбрана оптимальная модель транспортного средства, обладающая наименьшим коэффициентом аэродинамического сопротивления, что позволило улучшить энергетическую экономичность системы и повысить её экологичность, как следствие – увеличить потенциальную рентабельность перевозочного процесса