Открывайте готовые расчёты в браузере за 2 с (до 300 тыс. DOF) или запускайте тяжёлые задачи до 1,5 млн+ степеней свободы офлайн на Windows и macOS.
Тороидальный ЖРД с кольцевым клиновым соплом (Aerospike), усечённым центральным телом и 6 пилонами (CFD)
Трёхмерная газодинамика (RANS k-ω SST, воздух U_in = 50 м/с) кольцевого клинового сопла ЖРД с центральным телом (Aerospike), профилированной обечайкой камеры, 6 наклонными ребрами-пилонами тракта охлаждения (12°) и усечённым донным срезом Ø32 мм, формирующим тороидальный донный вихрь.
В отличие от классического колоколообразного сопла Лаваля с фиксированной геометрической степенью расширения, кольцевое клиновое сопло с центральным телом (Aerospike) разворачивает струю вдоль внешнего профилированного конуса со свободной внешней границей, обеспечивая автомодельную высотную компенсацию от старта на уровне моря до вакуума. Для снижения массы и тепловых потоков острую вершину центрального тела усекают: за плоским донным срезом формируется замкнутая тороидальная зона возвратного течения («газодинамическая игла»), поддерживающая донное давление. В данной 3D CFD-модели в цилиндрической расчётной области Ø210 × 420 мм построена полная геометрия тороидального сопла Aerospike: центральное тело с максимальным диаметром горловины Ø100 мм, двухступенчатой конической рампой расширения и плоским усечённым дном Ø32 мм, профилированная внешняя обечайка (радиальный зазор кольцевой горловины 14 мм) и 6 профилированных пилонов под углом 12°. Расчёт в нативном решателе SU2_CFD (k-ω SST, U_in = 50 м/с) показывает разгон кольцевой струи до |U|_max = 313,96 м/с (6,28× U_in), осевую силу F_X = 5 490,4 Н, перепад давления Δp = 490,0 кПа и мощный тороидальный вихревой след за усечённым центральным телом (Q_max = 3,53×10⁷ с⁻²).
1. Геометрия и конечные элементы
- •Единый твердотельный B-Rep объём жидкости (52 топологические грани, V = 13,03×10⁶ мм³): цилиндрический канал X ∈ [−130, 290] мм, внешний радиус R = 105 мм (Ø210 мм).
- •Профилированное центральное тело Aerospike (X ∈ [−85, 135] мм): носовой обтекатель, ступица Ø84 мм, плечо критического сечения Ø100 мм при X = 40 мм, двухступенчатая коническая рампа и плоский донный срез Ø32 мм.
- •Кольцевая обечайка камеры (X ∈ [−45, 52] мм, кромка горловины R = 64 мм, кольцевой зазор горла 14 мм), соединённая с центральным телом 6 профилированными пилонами (хорда 44 мм, толщина 10 мм, угол установки 12°, шаг 60°).
- •Неструктурированная 3D тетраэдральная сетка Netgen: 8 627 тетраэдров и 2 448 узлов (погрешность объёма 0,39%).
2. Граничные условия и нагрузки
- •Входное сечение испытательного канала при X = −130 мм (surface number 3): равномерная скорость потока воздуха U_in = 50,0 м/с вдоль +X ([1, 0, 0]).
- •Выходное сечение канала при X = +290 мм (surface number 2): статическое давление p_out = 0 Па.
- •Внешняя цилиндрическая граница R = 105 мм (surface number 1): условие симметрии / скольжения без трения (symmetry).
- •Все 49 внутренних омываемых граней центрального тела, донного среза, кольцевой обечайки и 6 пилонов (грани 4–52): вязкая стенка с прилипанием и мониторингом сил (monitor=on).
3. Результаты расчёта и верификация
- ✓Поджатие потока в кольцевой горловине и разворот вдоль клиновой поверхности центрального тела разгоняют струю с 50 м/с до |U|_max = 313,96 м/с (6,28× скорости на входе).
- ✓Суммарная продольная газодинамическая сила на центральном теле, обечайке и 6 пилонах составляет F_X = 5 490,45 Н (5,49 кН) при перепаде статического давления Δp = 490,04 кПа (пик давления торможения +495,7 кПа, разрежение −5,26 кПа).
- ✓В сдвиговом слое кольцевой струи и тороидальной донной каверне за усечённым срезом Ø32 мм завихренность достигает |ω|_max = 17 893,6 с⁻¹, а инвариант Q-критерия — Q_max = 3,53×10⁷ с⁻² (дисбаланс расхода 2,35%).
Разработчики ракетных двигателей используют WebCAE для выбора степени усечения центрального тела сопел Aerospike, оценки возмущений от пилонов охлаждения и анализа донного давления непосредственно по 3D CAD-моделям.
14 дней полного доступа ко всем функциям Pro. Платёж спишется только через 2 недели, если не отменить подписку.
- ✓14 дней триала (0 $ сегодня) (отмена в 1 клик)
- ✓До 1,5 млн+ степеней свободы (прямой sparse-решатель)
- ✓Нативные приложения Windows и macOS (100% offline)
- ✓Нелинейный контакт и устойчивость (Kσ, MITC4, RBE2/RBE3)
Задать вопрос расчётчикам по вашей задаче
Опишите вашу деталь или конструкцию — ответим в течение 2 часов.
Нужна мгновенная консультация по МКЭ или этому кейсу?
Нажмите на кнопку ИИ-чата в правом нижнем углу экрана — ассистент разберёт постановку задачи, формулы сопротивления материалов и команды DSL за 3 секунды.
Другие расчётные кейсы и модели
Проушинное соединение «вилка — тяга — палец» (3 тела)
Большие прогибы гибкого крыла БПЛА под следящим давлением
Кессонная панель крыла с RBE2-кронштейном, следящим давлением и упором
