В статье описана проблематика разработки системы анимации для демонстрации процессов в двигателе внутреннего сгорания.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, 3D анимирование, системы моделирования, программирование, C++, OpenGL.
При разработке программного пакета моделирования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [2] [8] стояла задача добавить наглядную демонстрацию процессов, происходящих в ДВС. Для этого были использованы возможности OpenGL.
Для того, чтобы запрограммировать движение поршней, необходимо знать, каким образом будут перемещаться объекты, из которых состоит кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
Рис. 1. Схема упрощенной 3D-модели КШМ, используемой в программном пакете моделирования ДВС (с указанными номерами положения поршня, шатуна и шейки, справа от номеров указан угол поворота коленчатого вала)
Исходя из схемы КШМ (Рис. 1), для создания анимации необходимы цилиндр (поршень) и два параллелепипеда (первый — шатун, второй — шейка на коленчатом вале), которые генерируется методами программного пакета. Позицию поршня во время работы КШМ можно получить с помощью методов тригонометрии (Рис. 2).
Рис. 2. Метод, отвечающий за позицию (c) поршня в зависимости от поворота угла коленчатого вала (global_Angle1)
Для того, чтобы вращать сгенерированную 3D-модель в OpenGL, необязательно использовать его встроенные методы, достаточно добавить смещение к позициям точек в трехмерном пространстве, зависимое от угла поворота трехмерного объекта, который требуется задать.
Для правильной работы анимации необходимо добавить фиксированную частоту кадров ( glfwSwapInterval (1) ), чтобы визуализация процесса работы КШМ происходила с одинаковой скоростью на вычислительных машинах с разной мощностью.
Рис. 3. Демонстрация работы КШМ
Разрабатываемый симулятор работы ДВС создан не только для подсчета рабочих характеристик ДВС [3] [4], но и визуализации процессов [6] (Рис. 3), происходящих в двигателе внутреннего сгорания.
В программном пакете моделирования ДВС была заложена возможность изменять цвет блока ДВС, таким образом при демонстрации работы ДВС на высоких оборотах вращения коленчатого вала цвет блока ДВС меняется с серого на красноватый, обозначая повышение его температуры (Рис. 4).
Рис. 4. Цвет механизма ГРМ изменился из-за повышения температуры ДВС
Работа выполнена при поддержке Красноярского краевого фонда науки в рамках проекта «Разработка системы моделирования двигателя внутреннего сгорания в рабочем режиме».
Литература:
1. Палагута К. А., Тройков С. М. Полунатурное моделирование электронной системы управления двигателем внутреннего сгорания (ЭСУ ДВС). Надежность и качество: труды международного симпозиума, 2010.
- Заболотский, И. А. Разработка системы моделирования двигателя внутреннего сгорания в рабочем режиме / Молодой ученый. — 2022. — № 46 (441).
3. Луканин. В. Н. Том 1. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов, 2005.
4. Луканин. В. Н. Том 3. Компьютерный практикум. Моделирование процессов в ДВС, 2005.
5. Боресков. А. В. Программирование компьютерной графики, 2019.
- Гришин Ю. А., Хазов Н. В. Моделирование газодинамических течений во впускных системах двигателей внутреннего сгорания, 2008.
- Johnson Bruce. Professional Visual Studio 2017. John Wiley & Sons, Inc., 2018.
- Заболотский, И. А. Проблематика разработки системы моделирования двигателя внутреннего сгорания на языке программирования C++ / Молодой ученый. — 2022. — № 47 (442).
