Унифицированный подход к созданию сложных виртуальных поверхностей и расчетных сеток для комплексного имитационного 3D моделирования современных изделий аэрокосмической техники


Просмотр статьи
PDF, 5,0 МБ

A Unified Approach to Building Complex Virtual Surfaces and Computational Grids for the Comprehensive 3D Simulation of Aerospace Industry Products

A unified approach for creating 3D virtual geometry and finite-volume (finite-element) grids is suggested. The geometry data and grid information are combined to create a comprehensive computer model. The several reusable spacecraft models such as Space Shuttle orbiter, X-33, X-34 and X-37 are built on the base of technologies developed in Institute for Problems in Mechanics Russian Academy of Sciences (IPMech RAS). The most common requirements for vehicle geometry and computational grids are discussed.

winged reusable launch vehicle, orbital space plane, unstructured mesh, computational aerodynamics, Computer-Aided Design, virtual prototype, comprehensive 3D models


Том 17, выпуск 2, 2016 год



Предложена унифицированная методология разработки геометрических и конечно-объемных (или конечно-элементных) неструктурированных сеточных данных, интеграция которых в едином информационном пространстве формирует новый объект – виртуальный прототип. В рамках стандартизованного объектно-ориентированного подхода, на основе вычислительных технологий, созданных в ИПМех РАН, построено несколько реалистичных виртуальных прототипов возвращаемых крылатых аппаратов с малым аэродинамическим качеством: Space Shuttle orbiter, X-33, X-34 и X-37. Созданные для последующих аэротермодинамических расчетов компьютерные 3D поверхности и тетраэдральные сетки удовлетворяют всем наиболее общим требованиям, предъявляемым к качеству геометрических и сеточных моделей перспективных изделий аэрокосмической техники.

крылатый возвращаемый аппарат, воздушно-космический самолет, неструктурированная сетка, вычислительная аэродинамика, автоматизированное проектирование, виртуальный прототип, трехмерные реалистичные модели


Том 17, выпуск 2, 2016 год



1. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках c использованием схемы AUSM // ТВТ, 2014, т. 52, № 2, с. 283–293.
2. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Применение метода расщепления по физическим процессам для расчета гиперзвукового обтекания пространственной модели летательного аппарата сложной формы // ТВТ, 2013, том 51, № 6, с. 897–911.
3. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. I. – М.: ИПМех РАН, 2013. – 160 c.
4. Zheleznyakova A.L., Surzhikov S.T. Molecular dynamic-based unstructured grid generation method for aerodynamic application // Computer Physics Communication, Vol.184, 2013. P.2711–2727.
5. Zheleznyakova A.L. Molecular dynamics-based triangulation algorithm of free-form parametric surfaces for computer-aided engineering // Computer Physics Communication. 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.cpc.2014.12.018.
6. Железнякова А. Л. Молекулярно-динамический метод построения неструктурированных сеток в сложных пространственных областях и на криволинейных поверхностях //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012. Т.13, вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2012-13-4/articles/368/
7. Котов М. А. Моделирование поверхности гиперзвукового летательного аппарата//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т. 14, вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-4/articles/427/
8. Котов М. А. Геометрическое моделирование поверхностей гиперзвуковых летательных аппаратов X-43 и X-51A//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т.14, вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-2/articles/393/
9. Rogers D.F. An Introduction to NURBS with Historical Perspective. Morgan Kaufman Publishers, San Fransisco, 2001. 324 p.
10. Piegl L.A., Tiller W. The NURBS Book. Springer, 1997. 646 p.
11. Lee K. Principles of CAD/CAM/CAE Systems. Addison-Wesley, California, 1999. 582 p.
12. SolidWorks. http://www.solidworks.com/
13. Autodesk | Products |3ds Max |3D modeling, animation, and rendering software. http://www.autodesk.com/
14. Rhinoceros. http://www.rhino3d.com/
15. Autodesk | Products | Maya. http://www.autodesk.com/
16. The Initial Graphics Exchange Specification (IGES) Version 6.0 (Draft), IGES/PDES Organization, November 30, 2001. 732 p.
17. ISO 10303-21:2002, Industrial automation systems and integration - Product data representation and exchange – Part 21: Implementation methods: Clear text encoding of the change structure.
18. Bornemann W.E., Surber T.E. Aerodynamic Design of the Space Shuttle Orbiter. AGARD CPP–247, paper 11, Sept. 1978. 24 p.
19. Saltzman E.J., Wang K.C., Iliff K.W. Aerodynamic Assessment of Flight-Determined Subsonic Lift and Drag Characteristics of Seven Lifting-Body and Wing-Body Reentry Vehicle Configurations / NASA/TP-2002-209032. 2002. 159 p.
20. Arrington J.P., Jones J.J. Shuttle Performance: Lessons Learned, Part 1. NASA-CP-2283-PT-1. 1983. 760 p.
21. Arrington J.P., Jones J.J. Shuttle Performance: Lessons Learned, Part 2. NASA-CP-2283-PT-2. 1983. 647 p.
22. Space transportation: status of the X-33 reusable launch vehicle program: report to Congressional requesters. Washington, D.C. 1999. 38 p.
23. Letchworth G. X-33 Reusable Launch Vehicle Demonstrator, Spaceport and Range // AIAA SPACE Conference & Exposition 2011, Long Beach, California, USA. AIAA-2011-7314.
24. NASA Dryden Flight Research Center Photo Collection. http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/index.html
25. Kelly J. Murphy, Robert J. Nowak, Richard A. Thompson, Brian R. Hollis. X-33 Hypersonic Aerodynamic Characteristics // AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit, 9–11 August 1999, Portland, Oregon, AIAA-99-4162.
26. Hollis B.R., Thompson R.A., Murphy K.J., Nowak R.J., Riley C.J., Wood W.A., Alter S.J. X-33 Aerodynamic and Aeroheating Computations for Wind Tunnel and Flight Conditions // AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit, 9-1 1 August 1999, Portland, Oregon, AIAA–99–4163.
27. Marshall Space Flight Center Historical Fact Sheet. X-34: Demonstrating Reusable Launch Vehicle Technologies. http://www.nasa.gov/centers/marshall/news/background/facts/x-34.html
28. Berry S.A., Horvath T.J., Difulvio M., Glass C., Merski N.R. X-34 Experimental Aeroheating at Mach 6 and 10 // 36th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, January 12–15, 1998, Reno, NV. AIAA 98-0881.
29. Pamadi B.N., Brauckmann G.J., Ruth M.J., Fuhrmann H.D. Aerodynamic Characteristics, Database Development and Flight Simulation of the X-34 Vehicle // 38th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 10–13 January 2000, Reno, NV. AIAA 2000-0900. 17 p.
30. Berry S.A., Horvath T.J., Difulvio M., Glass C., Merski N.R. X-34 Experimental Aeroheating at Mach 6 and 10 // 36th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, January 12–15, 1998, Reno, NV. AIAA 98–0881.
31. Brauckmann J. X-34 Vehicle Aerodynamic Characteristics // 16th AIAA Applied Aerodynamics Meeting, Albuquerque, New Mexico, June 15 – 18, 1998. AIAA 98-2531.
32. Новостной сайт о Космосе SPACE.com. http://www.space.com/news.
33. Miller J. The X-Planes: X-1 to X-45 / Midland Publishing, 2001.
34. Grantz A.C. X-37B Orbital Test Vehicle and Derivatives // AIAA SPACE 2011 Conference & Exposition 27–29 September 2011, Long Beach, California, AIAA-2011-7315, 2011. 14 p.
35. Paez C. The Development of the X-37 Re-Entry Vehicle // 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Fort Lauderdale, FL, July 11–14, 2004. AIAA 2004-4186.
36. Liseikin V.D. Grid Generation Methods. – Berlin: Springer, 1999.
37. Thompson J.F., Soni B. K., Weatherill N. P. Handbook of Grid Generation. CRC Press, 1998.