АЭРОДИНАМИКА
Методология
Оптимальная
с
точки
зрения
аэродинамики форма кузова опре-
делялась с применением современ-
ных средств автоматизированного
проектирования, в частности про-
граммного обеспечения Са^а У5 и
ряда достаточно сложных алгорит-
мов, При использовании алгорит-
ма многоцелевой оптимизации но-
вая конструкция создавалась мето-
дом смены поколений. Каждая кон-
струкция — представитель
нового
поколения — отличалась от своих
непосредственных
предшествен-
ников, видоизменяясь и частично
пересекаясь с ними по некоторым
параметрам. Когда было очевидно,
что конструкция следующего поко-
ления обладала улучшенными каче-
ствами в отношении аэродинамиче-
ского сопротивления и устойчиво-
сти к боковому ветру, она сменяла
своего предшественника, подобно
тому как это происходит в приро-
де в процессе естественного отбора.
Модель
для
САПР,
включаю-
щая
большое
количество
геомет-
рических вариаций и ограничений,
была создана на основе поперечно-
го сечения поезда, оптимизирован-
ного в отношении устойчивости к
воздействию бокового ветра.
Из
большого
количества
кон-
структивных
параметров для
рас-
смотрения
с
применением
моде-
ли Сапа У5 были выбраны только
15, относящихся к разным вариан-
там конфигурации перехода от ло-
бовой части к крыше, уплощения
передней части и формы подкузов-
ной части концевых вагонов. Имен-
но эти параметры являются опреде-
ляющими и наиболее важными для
оптимизации. В итоге удалось вы-
брать самый лучший вариант.
Результаты
До начала многоцелевой оптими-
зации для оценки потенциала совер-
шенствования и проверки возмож-
ных корреляций были исследованы
и по отдельности оптимизированы
два параметра — аэродинамическое
сопротивление и устойчивость к воз-
действию бокового ветра.
Применение алгоритма для не-
которого произвольно выбранного
начального набора вариантов кон-
струкции позволило достичь значи-
тельного снижения аэродинамиче-
ского сопротивления после 130 ите-
раций. Затем, хотя алгоритм еще не
был полностью реализован, его вы-
полнение было приостановлено для
контроля единства подхода. После
осуществления еще
100 итераций
было достигнуто снижение аэроди-
намического
сопротивления
при-
мерно на 25% по сравнению с наи-
менее
эффективным
вариантом
конструкции.
Оптимизация показателей устой-
чивости к боковому ветру была на-
чата после анализа результатов оп-
тимизации аэродинамического со-
противления. Ожидалось, что при
оптимизации характеристик аэро-
динамического сопротивления по-
казатели устойчивости к боковому
ветру могли ухудшиться, и это пред-
положение подтвердилось.
Сравнение вариантов конструк-
ции, обеспечивающих достижение
лучших результатов с точки зрения
аэродинамического сопротивления
и устойчивости к боковому ветру,
позволило сделать вывод, что эти
две цели не коррелируют между со-
бой. Благоприятные характеристи-
ки поезда
в отношении аэродина-
мического сопротивления не озна-
чают оптимального его поведения
в отношении устойчивости к боко-
вому ветру и наоборот.
В связи с этим и была применена
многоцелевая оптимизация. Перво-
начально это привело к увеличению
в 2 раза объема расчетной работы и
к значительному росту числа итера-
ций. К тому же многоцелевая опти-
мизация дает не единственный ре-
зультат, а несколько Парето-опти-
мальных вариантов решения.
Для
обеспечения
благопри-
ятных
начальных
условий
были
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011,№9
выбраны
восемь
вариантов
кон-
струкции,
оптимальных
с
точки
зрения аэродинамического сопро-
тивления и устойчивости к воздей-
ствию бокового ветра. Параллель-
ное выполнение моделирования по
критериям аэродинамического со-
противления и бокового ветра за-
няло около 7 ч при использовании
семи центральных процессоров на
одну итерацию.
Оптимизация
завершилась
по-
сле 173 итераций, в результате че-
го были получены пять Парето-оп-
тимальных вариантов конструкции.
В общей сложности многоцелевая
оптимизация заняла 8477 машино-
часов
при
использовании группы
процессоров с тактовой
частотой
1,4 ГГц. не считая времени оценки
реакции. Последующий выбор луч-
шего окончательного варианта кон-
струкции следовало сделать с уче-
том относительной важности двух
указанных выше факторов. По со-
ображениям
эффективности
оп-
тимизация
была
выполнена
с от-
носительно грубым шагом, поэто-
му было
необходимо проведение
дальнейшего изучения надежности
результатов.
Аэроакустические факторы
При выборе окончательного ва-
рианта конструкции концевых ча-
стей
поезда
специалисты
компа-
нии
Bombardier
могли
восполь-
зоваться
опытом
промышленных
дизайнеров, чтобы улучшить аэро-
акустические
характеристики
по-
езда. а также обеспечить единый
стиль его внешнего вида. Для оцен-
ки аэроакустических характеристик
потребовалось моделирование пе-
реходных процессов. В частности,
были получены акустические спек-
тры для двух различных вариантов
конструкции надтележечного кожу-
ха в сравнении с конструкцией ана-
логичного узла
высокоскоростно-
го электропоезда ICE 3 (Германия).
Для лучшей интерпретации ре-
зультатов, полученных для поезда
45
предыдущая страница 46 Железные дороги мира 2011 09 читать онлайн следующая страница 48 Железные дороги мира 2011 09 читать онлайн Домой Выключить/включить текст