*112666*

История 3. История науки и техники.

аспирант Ганзий Ю. В.,

студент Романенко И. В.,

д.т.н., проф. Митюков Н. В.,

к.ф.-м.н., доц. Бусыгина Е. Л.,

к.и.н., доц. Порцева Л. П.

Ижевский государственный технический университет, Россия

Камский институт гуманитарных и инженерных технологий, Россия

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Применение пакета ANSYS

в задачах исторической реконструкции

Ранее авторами был предложен баллистический экспертный комплекс для идентификации параметров средневекового вооружения. Например, если в распоряжении историка имеются остеологический материал с застрявшим в нем образцом наконечника или пули, используя современные методы криминалистики получается возможность оценить энергетические параметры стрелы или пули в момент удара. Далее, с помощью предложенной оригинальной методики и программы "Osseus" происходит реконструкция стрелы по наконечнику, после чего следует баллистическая экспертиза с помощью программы "Archer", и, наконец, накладывая на эти результаты предполагаемый ситуационный план местности, мы можем получить энергетические характеристики оружия, из которого могла быть выпущена эта стрела [1, 2].

Однако на указанную схему наложились ряд обстоятельств, создающие помехи для более достоверного определения параметров оружия. В частности, это вопросы аэродинамики тел и пенетрации тонких пластин, если жертва оружия имела на себе доспехи. Как показал информационный поиск, в литературе отсутствуют опубликованные данные по этим вопросам. Однако, их удалось решить с применением программного пакета ANSYS, использующего конечно-разносный подход.

Приложение ANSYS LS-Dyne оказалось очень полезным при расчете движения через упруго-пластичные преграды. В частности придвижении пуль и стрел в грунтах [3] и при пенетрации тонких оболочек [4]. Был предложен подход, по которому реальная преграда заменялась на эффективный коэффициент аэродинамического сопротивления.

В соответствии с предложенной методикой, по которой тонкая пластина заменяется эквивалентным повышением сопротивления среды, эффективный коэффициент сопротивления при пробивании стальной пластины достигает 1412 в начальный момент времени, снижаясь до 414 при вылете пенетратора в пространство за пластиной.

Как показало проведенное исследование, в литературе отсутствуют хорошие методики для расчета аэродинамики стрел и сферических пуль. Универсальные методики, как правило, адаптированы для расчетов сверхзвукового диапазона коэффициента сопротивления, поскольку он является определяющим в механике полета этих тел. Однако как удалось установить, дозвуковой диапазон скоростей в них определен "по остаточному принципу" и дает существенное расхождение с имеющимися экспериментальными данными.

С другой стороны, имеются разрозненные данные, например, об аэродинамике спортивных стрел в работе В.Н. Тутевича, но все эти данные приводятся в относительном виде и выделение абсолютных характеристик на его базе не представляется возможным. Кроме того, имеются данные по обтеканию капель и круглых твердых частиц (закон Стокса, закон Озеена и др.), но их движение обычно происходит в вязких средах, а потому в них определяющим является число Re, причем, как правило, существенно докритическое. Пересчет этих зависимостей при учете вязкости атмосферного воздуха, дают скорости порядка нескольких десятков метров в секунду, что также не может быть удовлетворительным для описания движения упомянутых пуль.

Все это определило проведение масштабной серии аэродинамических расчетов в среде ANSYS CFX с целью построения удовлетворительной аналитической методики расчета этих поражающих элементов.

Результаты проведенных расчетов, верифицированные на доступных материалах позволяют утверждать, что коэффициент аэродинамического сопротивления стрелы убывает в диапазоне до M = 0,3, достигая максимального значения около 2,5, а коэффициент аэродинамического сопротивления сферы ниже значений закона сопротивления "Sphere" в среднем на 20% в диапазоне M = 0…0,6, после чего неплохо согласуется с экспериментальными данными.

Таким образом, программный пакет ANSYS (процедуры LS-Dyne и CFX) продемонстрировал свои большие возможности в задачах исторической реконструкции средневекового оружия. Отдельные результаты исследования в ближайшее время будут опубликованы в ведущих российских реферируемых журналах.

Литература

1. Коробейников А. В., Митюков Н. В. Баллистика стрел по данным археологии: введение в проблемную область. – Ижевск: Изд-во НОУ «КИТ», 2007. – 140 с. (ISBN 978-5-902352-20-4)

2. Митюков Н. В. Имитационное моделирование в военной истории. 2-е изд. – М.: Изд-во URSS, 2011. – 280 с. (Синергетика в гуманитарных науках). (ISBN 978-5-382-01325-1)

3. Митюков Н. В., Ганзий Ю. В. К вопросу о применимости ANSYS LS-DYNE для расчета движения в грунтах // Вестник Ижевского государственного технического университета. – 2010. – № 1. – С. 121–122.

4. Ганзий Ю. В., Митюков Н. В. Моделирование пробивания тонкостенной оболочки низкоскоростным пенетратором // Новый университет. Серия «Технические науки». – 2011. – № 2. – С. 46–48.