Волан в мире инженеров-расчетчиков

Игра в волан известна со времен Древней Греции – более 2000 лет. Она возникла одновременно во многих странах в разных концах земли и имела разные названия (в Японии – «ойбане», во Франции – «коквантен», в России – «леток», в Индии – «пунэ»). За долгие годы многие народы добавляли в нее что-нибудь свое. В основном, игра заключалась в перекидывании волана. Воланы и ракетки в разных странах в разное время сильно различались. Но и в наше время существует разные игры с участием такого вида “мяча”. Один из видов спортивного инвентаря будет рассмотрен далее.

Задача курсовой работы заключается в том, чтобы исследовать геометрическую модель волана и рассчитать его газо-динамику.

Рисунок 1 – Разновидности воланов

Сперва начну с того, что рассматривается волан для игры в бадминтон. На первом рисунке можно увидеть насколько разные существуют воланы. Они довольно разнообразны в размерах, материалах, в форме, в их аэродинамических свойствах.

Как раз о последнем мы и поговорим поподробнее. Но для начала немного теории, чтобы далее было понятно о чем идет речь.

Кто знает что такое газо-динамика?

Газодина́мика (или га́зо-дина́мика) — раздел механики, изучающий законы движения газообразной среды и её взаимодействия с движущимися в ней твёрдыми телами. Чаще встречается под названием аэродина́мика (от др.-греч. ἀηρ — воздух и δύναμις — сила), но включает в себя не только аэродинамику, но и собственно динамику газов. Последняя исторически возникла как дальнейшее развитие и обобщение аэродинамики, и именно поэтому часто говорят о единой науке — аэрогазодинамике.

Аэродинамика изучается двумя основными методами — испытаниями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием. В CAE пакетах есть специальные модули, которые помогают инженерам решить аэродинамическую задачу. Подробнее об этом будет позже.

Обтекание тел воздушным потоком.

При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струйках потока. Таким образом, около поверхности обтекаемого тела создается область переменных скоростей и давлений воздуха. Наличие различных по величине давлений у поверхности твердого тела приводит к возникновению аэродинамических сил и моментов. Распределение этих сил зависит от характера обтекания тела, его положения в потоке, конфигурации тела.

Плоская пластинка (рис.2), помещенная в поток под углом 90°, создает довольно резкое изменение направления движения потока, обтекающего ее: торможение потока перед ней, поджатие струек у ее краев и образование непосредственно за краем пластинки разрежения и больших вихрей, которые заполняют всю область за пластинкой. Позади пластинки можно наблюдать хорошо заметную спутную струю. Перед пластинкой давление будет больше чем в невозмущенном потоке, а за пластинкой вследствие разрежения давление уменьшится.

Рисунок 2 – Аэродинамический спектр плоской пластинки и шара

Постановка задачи

В качестве основной задачи курсового проекта нужно было исследовать волан на аэродинамику с помощью CAD и CAE систем.

Построить волан в системе SolidWorks 2008 с реальными размерами, рис.3.

Рисунок 3 – Допускаемые размеры согласно правилам Международной федерации бадминтона

При расчете в CAE системах необходимо приложить граничные условия:

- скорость V=80м/с;

- давление Р=0.

Для сравнения результатов были взяты программы: ANSYS Workbench и Autodesk Simulation CFD 2013.

Описание конструкции

В бадминтоне существует два типа воланов, и у каждого типа есть три вида. Два типа: перьевые и пластиковые, рис.4. Перьевые, также как и пластиковые, делятся на быстрые, средние и медленные. Цвет специальной ленты на колпачке показывает какую скорость будет развивать волан в игре:

- Зелёный - медленную;

- Синий – среднюю;

- Красный – быструю

Рисунок 4 – Пластиковый и перьевой воланы для бадминтона

Продолжение следует..