Стагнация моделей турбулентности. Есть ли у них будущее? Или же они априори неправильные?

[Jesse 823]

 

ссылка на забугорную статью
https://hal.science/hal-02168379/file/DynFluid_PAS_2019_XIAO.pdf

Если кратко, автор пишет, что с 1970 по 1990 год количество продувок в аэродинамической трубе при разработке коммерческого самолёта снизилось с 75 шт в 1970 до 10 шт в 1990. И несмотря на экспоненциальный рост компьютерной мощи, за 30 лет это количество продувок (10 шт) не изменилось, что наводит на соответствующие мысли. 

Вообще, я изрядно удивился, когда сам чутка копнул и понял, что самые популярные модели Боинга и других авиагигантов проектировались без CFD расчётов в принципе. Да и  Менделеев в своё время удивлялся, что несмотря на приличный уровень развития гидродинамики (конец XIX века) все корабли строятся методом проб и ошибок, по эмпирике...

Также существуют слухи, что Боинг таки сконструировали (преимущественно CFD) небольшой коммерческий самолётик на электрической тяге, но он разбился. Разумеется, в открытом доступе о подробностях такого фиаско крупного авиагиганта инфу не найти...

Работа моего научрука основана на групповом анализе дифф. ур-й (теория групп). Понятное дело, освоить это дело за несколько месяцев нереально..)

Но есть презенташка

Если очень кратко (и кому интересно), то основа его работы - фундаментальная система уравнений гидродинамики. В неё помимо уравнений переноса массы и импульса входят уравнение состояния, уравнение теплопроводности и потенциалы Гиббса.

А сами по себе уравнения Навье-Стокса не имеют смысла (равно как несжимаемая постановка: все течения обязаны считаться с условием сжимаемости и стратификации). Основа доказательства - законы сохранения и симметрии. У уравнений Навье-Стокса слишком "богатый набор симметрий", а у моделей турбулентности с различными замыканиями - слишком "бедные" симметрии. Это приводит к тому, что уравнения Навье-Стокса суть переопределённая система уравнений (6 уравнений, 4 неизвестные), а модели турбулентности - недоопределённые.

Далее идёт получение решений с помощью линеаризованных версий фундаментальной системы с помощью теории возмущений - эдакий "костыль" для теории групп.
Оказывается, что обычные волны на воде - суть регулярные решения фундаментальной системы; а лигаменты - тонкие структуры течений - сингулярные решения! И вот как он говорит на сигнулярные решения все забивают, хотя они вполне наблюдаемы, например,  в мелкомасштабных процессах импакта капли. Физическая причина их возникновения - быстрая конверсия доступной потенциальной поверхностной энергии в кинетическую.

 

Как я понял, фундаментальная система - это что-то вроде работы Максвелла в электродинамике, который по сути просто объединил несколько уравнений, полученных до него, в одну систему; и при описании электромагн. волн сами по себе уравнения смысла не имеют - надо рассматривать всё вместе!

 

 

[AlexKaz 1,628]

1 час назад, Jesse сказал:

Если кратко, автор пишет, что с 1970 по 1990 год количество продувок в аэродинамической трубе при разработке коммерческого самолёта снизилось с 75 шт в 1970 до 10 шт в 1990. И несмотря на экспоненциальный рост компьютерной мощи, за 30 лет это количество продувок (10 шт) не изменилось, что наводит на соответствующие мысли. 

Если бы автор статьи удосужился узнать, что помимо боингов с эйрбасами существует 100500 мелких КБ под мелкие самоли, под авто, под всякие коптеры, лодки, турбины и т.п., чьё точное число даже посчитать нереально, картинка была бы поинтереснее, и процентов продувок в трубе устремился бы к нулю.

Ну и фирмы размера Боинг уже не способны выкатывать новые лайнеры каждые несколько лет из-за медленной эволюции движков, поэтому переходят на развитие в туманной перспективе, обещая выкатывать новинки раз лет в 10-15. Атмосфера каждые несколько лет не меняется чтобы вылизывать конструкции заново.

Edited February 4 by AlexKaz

[Jesse 823]

43 минуты назад, AlexKaz сказал:

Если бы автор статьи удосужился узнать, что помимо боингов с эйрбасами существует 100500 мелких КБ под мелкие самоли, под авто, под всякие коптеры, лодки, турбины и т.п., чьё точное число даже посчитать нереально, картинка была бы поинтереснее, и процентов продувок в трубе устремился бы к нулю.

Ну и фирмы размера Боинг уже не способны выкатывать новые лайнеры каждые несколько лет

ну а чё мелкие фирмы то? мелкие фирмы чаше всего берут что-то готовенькое у конкурента или "хорошо забытое старое", и апргрейдят. модернизируют. Каков тут вклад cfd? Хороший вопрос. Но скорей всего слабый.

Из крупняков хороший пример - Формула 1, где сроки порой очень горящие, и нет времени рассусоливать. CFD сократило количество продувок, но полностью нивелировать их или снизить до 1-2 никак. Всё равно приходится продувать и продувать. 
Зато в прочности всё намного проще: Посчитал, сделал одно испытание (как у нас на работе, потрясли, или испытали на герметичность или гидроиспытания) и всё сразу в производстве. 

Вот кстати ссылка на лекцию моего научрука, где он говорит что точность расчётов в механике прочности и в механике жидкостей отличается на много порядков..))

https://www.youtube.com/watch?v=j1uQj67cBZc

 

[AlexKaz 1,628]

1 час назад, Jesse сказал:

ну а чё мелкие фирмы то?

В частных конторах принято платить больше. А кто у кого тибрит разработки - это большой вопрос. Крупняк любит покупать всё представляющее для него угрозу и ценность на стороне и душить разработки, если они не окажутся в русле основного направления заработка.

1 час назад, Jesse сказал:

он говорит что точность расчётов в механике прочности и в механике жидкостей отличается на много порядков.

Лет 20 назад мало кто в мире из инженеров мог себе позволить моделить с хорошей точностью штамповку, например. Потребовалось ~ 15 лет совместных усилий научников и инженеров на производствах чтобы заиметь соответствующий софт к концу 90-х - началу нулевых.

А по мжг - так тут больше проблема слабых вт-ресурсов и конский оверпрайс за результат. И конский прайс за железо, особенно в РФ, напрягает. Но ситуация меняется на глазах, и факт в том, что за тысячу баксов сегодня можно купить настольный комп, по производительности уматывающий мэйнфреймы из 90-х за сотни млн. уе. Рубанул точность повыше, вместо float - double, вместо int - longint, и древний вычметод на сегодняшнем десктопе отработает как надо (на самом деле - далеко не факт, как правило, вычметоды несколько иначе работают и просто меняя точность можно убить задумку алгоритма). Ну а всякие ништяки и уточнения развиваются в мжг - ну и ок. Но уже буквально завтра появляются десктопы подороже на примерно 300+ ядер и 20+ каналов ddr5. Как бы, всем конечно очень интересно развитие мжг вглубь, но в массе всё остановится где-то на уровне SW FlowSimulation, который десятилетиями будет слабо развиваться, зато хорошо параллелиться на многояйдерных десктопах.

С другой стороны, сами вычметоды и уточнения в их мате никому не впёрлись, если они не смогут вылиться в новую продукцию на рынке. Развивать методы  - кул, все дела. Но промке нужен результат в натуре, т.е. в продукции и в деньгах с продажи продукции. Просто вкидывать бабло в безрезультативное никуда надоест даже гигантам вроде боинга.

Edited February 4 by AlexKaz

[AlexKaz 1,628]

2 часа назад, Jesse сказал:

Зато в прочности всё намного проще: Посчитал, сделал одно испытание (как у нас на работе, потрясли, или испытали на герметичность или гидроиспытания) и всё сразу в производстве. 

Ну да, ну да. Щас все конструктора с ОКРами как проведут одно испытание, как всё сразу в производство скинут, всё, что наверчено в черновых набросках. Вот прям раз - и в дамки. Легко-легко. Ни тебе этапов разработки, ни надзора в цехах, ни доработок рашпилем макета, ни долгих испытаний и завершения допилочных работ над прототипом. Изи.

Я прям акцентирую - для российского научного и научно-преподавательского сообщества это общая характерная тема - витать в облаках на тему реальной инженерной и конструкторской жизни. Они к ней как правило не причастны. Их просто не подпустят к реальному железу, руководствуясь простейшим принципом "считать априори идиотами всех, кто не доказал обратное".

2 часа назад, Jesse сказал:

крупняков хороший пример - Формула 1, где сроки порой очень горящие, и нет времени рассусоливать.

Всего-лишь сидят на подсосе у крупнейших КБ мира и имеют бюджет в миллионы зелёных ежегодно. Формула не окупается на соревнованиях. Она окупается за счёт автовёдер, которые толкают покупателям по всему миру. Вот в эти автовёдра можно и нужно вкинуть интересные результаты ОКР под названием "Формула-1".

 

Edited February 4 by AlexKaz

[Jesse 823]

1 час назад, AlexKaz сказал:

Ну да, ну да. Щас все конструктора с ОКРами как проведут одно испытание, как всё сразу в производство скинут, всё, что наверчено в черновых набросках. Вот прям раз - и в дамки. Легко-легко. Ни тебе этапов разработки, ни надзора в цехах, ни доработок рашпилем макета, ни долгих испытаний и завершения допилочных работ над прототипом. Изи.

это всё (допилки, надзор) к есть и в авиаотрасли. И в других отраслях. Я всего лишь сравниваю количество испытаний, необходимое для запуска непосредственно в производство какой-нибудь машиностроительный арматуры в сборе и самолёта как цельной единицы.

[Foksmen 10]

На мой взгляд LES модели наиболее перспективные.

[Jesse 823]

1 час назад, Foksmen сказал:

На мой взгляд LES модели наиболее перспективные.

Обоснуете?)

[a_schelyaev 350]

7 часов назад, Jesse сказал:

Обоснуете?)

Видимо у них шикарная сходимость по сетке.

[a_schelyaev 350]

04.02.2023 в 20:38, Jesse сказал:

это всё (допилки, надзор) к есть и в авиаотрасли. И в других отраслях. Я всего лишь сравниваю количество испытаний, необходимое для запуска непосредственно в производство какой-нибудь машиностроительный арматуры в сборе и самолёта как цельной единицы.

 

 

По теме - нужно учитывать, что эксперимент тоже не стоял на месте и с одной модели можно много чего наснимать. Также есть стоимостной фактор, где считать все на суперкомпьютере стоит дороже продувок, особенно на Лесе.

Говорят, что Вирджин решили вообще без продувок болид делать однажды и пролетели. А вот сборная США по бобслею наоборот выиграли.

В теории прочности композитов шаманство правит , оворят.

Есть ещё тупо требования властей, которые традиционно консервативны.

По нашему опыту успех есть там, где есть статистическая наработка по похожим расчетным случаям. С аэродинамической трубой та же фигня. Китайцы в свое время построили трубы, но они давали пальцем в небо. Пришлось звать беломордых обезьян, чтобы настроили инструмент.

[Genius_V40% 53]

 

04.02.2023 в 16:50, Jesse сказал:

Из крупняков хороший пример - Формула 1, где сроки порой очень горящие, и нет времени рассусоливать. CFD сократило количество продувок, но полностью нивелировать их или снизить до 1-2 никак. Всё равно приходится продувать и продувать.

Стоит отметить тот факт, что в Формуле-1 была всего одна команда, которая построила свои болиды исключительно из расчетов CFD (Virgin F1). Она не пользовались аэродинамической трубой вообще. Как итог: самые медленные болиды в сезонах, в которых они выступали.

04.02.2023 в 19:03, AlexKaz сказал:

Всего-лишь сидят на подсосе у крупнейших КБ мира и имеют бюджет в миллионы зелёных ежегодно.

Феррари, теперь еще может и Мерседес. Но даже у них КБ для F1 отдельные подразделения. Ред Бул, Макларен, Вильямс у них свои КБ, свои небольшие заводы. Небольшие команды имеют возможность покупать двигатели, кпп и прочее. Весь "обвес", подвеску сами делают, не всегда эффективно всё это сочетают, но делают.

 

Будущее несомненно есть, было бы развитие этих методов и будет будущее. Даже сейчас небольшую "арматуру" можно вполне считать только CFD, другое дело, что натурные испытания все равно проводить, но зато есть шанс сделать это все с первого раза.

[Jesse 823]

4 часа назад, a_schelyaev сказал:

Видимо у них шикарная сходимость по сетке.

сеточная сходимость - это хорошо. А сходимость к аналитике и эксперименту - ещё лучше!)

 

4 часа назад, a_schelyaev сказал:

Есть ещё тупо требования властей, которые традиционно консервативны.

да, но тут и вопрос бабла: зачастую тем же властям выгодно сократить и удешевить цикл производста лет. аппарата. Ну и даже если частники, то существует банальная обратная связь - за 50 лет условно те будут ходить, стараться умаслить и возвать к здравому смыслу сделать нормы менее жёсткими, ибо всё так хорошо... "современные цифровые технологии" ))

 

3 часа назад, Genius_V40% сказал:

Стоит отметить тот факт, что в Формуле-1 была всего одна команда, которая построила свои болиды исключительно из расчетов CFD (Virgin F1). Она не пользовались аэродинамической трубой вообще. Как итог: самые медленные болиды в сезонах, в которых они выступали.

хех, прикольно.. ) а ссыль есть?

 

3 часа назад, Genius_V40% сказал:

Будущее несомненно есть, было бы развитие этих методов и будет будущее. Даже сейчас небольшую "арматуру" можно вполне считать только CFD, другое дело, что натурные испытания все равно проводить, но зато есть шанс сделать это все с первого раза.

ну по своему скромному опыту расчёты коэф=та гидравлич. сопр-я арматуры могу скзаать, что редко хорошее совпадение с экспериментом выходит..)
и в FloEfd прогоняли, и в Star CCM на субподряд отдавали. Разные модели, разные объёмы, разные функции стенки - результат для такой тривиальной задачи кривоватый..))

Edited February 8 by Jesse

[Jesse 823]

19 минут назад, Jesse сказал:

хех, прикольно.. ) а ссыль есть?

а всё вижу
 

Цитата

17 ноября 2009 года стало известно, что одним из гонщиков команды станет Тимо Глок, ранее выступавший за Toyota F1. 15 декабря 2009 года было объявлено о контракте с бразильским гонщиком Лукасом ди Грасси, ранее выступавшим в серии GP2^[16].

Технический директор Virgin Racing Ник Вирт сконструировал Virgin VR-01, используя для расчётов аэродинамики исключительно средства вычислительной гидродинамики (CFD). Получившееся шасси оказалось одним из самых медленных в пелетоне. Свою роль в этом сыграли и закупавшиеся Virgin двигатели Cosworth V8, наименее мощные из всех доступных. Кроме того, при проектировании VR-01 была допущена ошибка в расчётах при вычислении объёма топливного бака. Поскольку с 2010 года вступил в силу запрет на дозаправку в течение гонки, в течение нескольких первых Гран-при болиды Virgin не могли добраться до финиша, двигаясь в гоночном темпе. Всё это привело к тому, что сезон 2010 года Virgin Racing закончила на последнем месте в Кубке конструкторов, не набрав ни одного очка и уступив конкурентам из Lotus Racing и HRT по количеству финишей на 13-м и 14-м местах.

По окончании сезона-2010 было объявлено о том, что в следующем году место ди Грасси в кокпите Virgin займёт бельгиец Жером д'Амброзио.

 

[AlexKaz 1,628]

56 минут назад, Jesse сказал:

Ну и даже если частники, то существует банальная обратная связь - за 50 лет условно те будут ходить, стараться умаслить и возвать к здравому смыслу

Самолётные киты для частников за бугром выпускают все, кому не лень. Дёшево. А становиться конкурентами боингам дураков нет, это самоли очень сложные и прибыль с них ещё не факт, что большая.

[Genius_V40% 53]

1 минуту назад, Jesse сказал:

и в FloEfd прогоняли, и в Star CCM на субподряд отдавали.

 Вспомнилось, про субподряд. Отдали на расчет насос, все данные им предоставили. Были испытания насоса и очень сильно меньше того, что было рассчитано аналитически (без CFD). Ребята пару месяцев что-то считали, а потом выдали результат: на 30% хуже, чем аналитический расчет (и даже хуже, чем испытания). И сделали заключение, что аналитический расчет верен, а их погрешность в 30% это очень хороший показатель.

 

[Jesse 823]

9 минут назад, Genius_V40% сказал:

30% это очень хороший показатель.

[a_schelyaev 350]

3 часа назад, Jesse сказал:

сеточная сходимость - это хорошо. А сходимость к аналитике и эксперименту - ещё лучше!)

На какой сетке?

 

3 часа назад, Jesse сказал:

да, но тут и вопрос бабла

Это вопрос сдержек в обществе. Сегодня сэкономите - завтра влепят иски или бунты. Поэтому и избирают консервативный путь все чиновники. Ибо если система работает, то зачем ее менять? Это же нужно доказать работоспособность и превосходство новой системы. Кто это будет делать?

3 часа назад, Jesse сказал:

ну по своему скромному опыту расчёты коэф=та гидравлич. сопр-я арматуры могу скзаать, что редко хорошее совпадение с экспериментом выходит..)

Интересно. Мы проводили исследование по выявлению влияющих факторов. Нашли один на 20%. Я предполагаю, что это характерно конкретному коду.