Optimisation of the Aerodynamic Shape of a Monorail Suspended Unibus
https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-4-2
Abstract
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.
About the Authors
A. E. Unitsky
String Technologies CJSC
Belarus
Belarus
Unitsky, Anatoli E., Chairman of the Board of Directors, General Designer
Minsk
S. V. Artyushevsky
String Technologies CJSC
Belarus
Belarus
Artyushevsky, Sergey V., Deputy General Designer for Research
Minsk
M. I. Tsyrlin
String Technologies CJSC
Belarus
Belarus
Tsyrlin, Mikhail I., Ph.D. (Eng), Leading Specialist of the Research Department
Minsk
References
1. Мхитарян А. М. Аэродинамика. – М.: Эколит, 2013. – 448 с. ISBN 978-5-4365-0050-8.
2. Квасновская Н. П., Квасновский А. С. Аэродинамика современных легковых автомобилей // Автотранспортное предприятие. − 2006. − № 3. − С. 51−55.
3. Wilcox, D. C. Turbulence modeling for CFD. 3<sup>rd</sup> ed. DCW industries, 2006, 522 p. ISBN 978-1-928729-08-2 (1-928729-08-8).
4. Белов И. А., Исаев С. А. Моделирование турбулентных течений: Учеб. пособие. − СПб: Балт. гос. техн. ун-т. – 2001. – 108 с.
5. Молчанов А. М. Термофизика и динамика жидкости и газа. – М.: МАИ, 2019. − 152 с. [Электронный ресурс]: https://k204.ru/downloads/text2019.pdf. Доступ 24.05.2022.
6. Menter, F. R., Kuntz, М., Langtry, R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model. Turbulence, heat and mass transfer, 2003, Vol. 4, No. 1, pp. 625−632. [Электронный ресурс]: https://www.researchgate.net/publication/228742295_Ten_years_of_industrial_experience_with_the_SST_turbulence_model. Доступ 24.05.2022.
7. Снегирёв А. Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: Учеб. пособие. − СПб.: СПбПУ, 2009. − 143 с. ISBN 978-5-7422-2317-7.
8. Юницкий А. Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе. – Силакрогс: ПНБ-принт, 2019. – 576 с. ISBN 978-985-90498-1-1.
9. Юницкий А. Э., Гарах В. А., Цырлин М. И. Струнный транспорт для городских перевозок пассажиров // Наука и техника транспорта. – 2021. – № 3. – С. 19–25. DOI:10.53883/20749325_2021_03_19.
10. Пастухов Д. Ф., Волосова Н. К., Пастухов Ю. Ф. Построение нестационарных моделей в оболочке ANSYS FLUENT: Учеб. пособие. – Новополоцк: ПГУ, 2018. − 46 с. [Электронный ресурс]: https://elib.psu.by/bitstream/123456789/22092/3/Построение%20нестационарных%20моделей%20в%20оболочке%20Fluent%20WORKBENCH.pdf. Доступ 24.05.2022.
11. Андрейчик А. Ф., Шмелёв А. В., Харитончик С. В. Влияние межзвенного пространства на аэродинамику многозвенного автопоезда // Актуальные вопросы машиноведения. − 2015. − № 4. − С. 121−124. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=29305331. Доступ 24.05.2022.
12. Высоцкий М. С., Евграфов А. Н. Аэродинамика колёсного транспорта. − Минск: Белавтотракторостроение, 2001. − 363 с. ISBN 985-6637-03-1.
13. Патанкар С. В., Сполдинг Д. Б. Тепло- и массообмен в пограничных слоях. –М.: Энергия, 1971. – 128 с.
14. Миньков Л. Л., Моисеева К. М. Численное решение задач гидродинамики с помощью вычислительного пакета Ansys Fluent.–Томск: STT, 2017.–122 с. ISBN 978-5-93629-594-2. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=29806159. Доступ 24.05.2022.
Review
For citations:
Unitsky A.E., Artyushevsky S.V., Tsyrlin M.I. Optimisation of the Aerodynamic Shape of a Monorail Suspended Unibus. World of Transport and Transportation. 2022;20(4):17-26. https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-4-2
Views:
295
Email this article 