Развитие аэрокосмической отрасли сопровождает необходимость постоянно совершенствовать вычислительные методы и математические модели, которые описывают характеристики окружающей среды во время взаимодействия с летательным аппаратом, движущимся на высокой скорости. Работа ассистента кафедры 105 «Аэродинамика летательных аппаратов» Московского авиационного института Алёны Тихоновец посвящена этой теме. Она разработала методы для повышения эффективности таких моделей по сравнению с аналогичными.
Проект стартовал еще в 2016 году, а его руководителем стал доктор физико-математических наук, профессор кафедры 105 Юрий Алексеевич Никитченко. Также в рабочую группу вошли заведующий кафедрой Сергей Александрович Попов и аспиранты Наталья Сергеева, Максим Березко, Дмитрий Кудрявцев.
«Уравнения, позволяющие нам описывать процессы на дозвуковых и умеренных сверхзвуковых скоростях, перестают работать на гиперзвуке, — говорит Алёна. — Часть процессов при высоких скоростях протекают очень быстро, и, ввиду сложности и дороговизны натурных экспериментов, необходимы математические модели, которые могли бы эффективно рассчитывать значения давления, температуры, плотности при обтекании воздухом поверхности тела той или иной формы. Существующим сегодня моделям, как правило, не хватает либо точности, либо скорости расчёта. Основное же преимущество нашей модели — это компромисс вычислительной экономичности и точности относительно совпадения с экспериментом».
Разработчики использовали особую методику расчета, что ускорило процесс достижения намеченного результата.
«Мы нашли способ не сохранять каждый раз в памяти значение, полученное на очередной итерации. Это значительно экономит память и повышает скорость расчёта в сотни раз, — объясняет автор модели. — Сейчас в мире работы в этой области вышли на плато: скорость расчётов кардинально увеличить техническим образом невозможно. Даже если мы используем более мощный суперкомпьютер, качественного прорыва не случится: пока нет такой технологии, которая бы это позволяла. Поэтому мы вынуждены ускорять процесс программными или математическими методами, и именно этот вариант будет актуальным в ближайшее время».
Благодаря поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках госзадания коллектив кафедры запатентовал две программы — для расчёта фронта ударной волны и обтекания активной поверхности. Результат их работы важен для совершенствования гиперзвуковых технологий. Так, созданная ими модель помогает не только определять оптимальную форму летательных аппаратов для эксплуатации на гиперзвуковых скоростях, но и рассчитывать температуру на их поверхности. Это помогает верно выбрать материал покрытия.
«Одно из важных направлений в аэрокосмической отрасли сегодня — создание возвращаемых летательных аппаратов, — отмечает Алёна Тихоновец. — Изготовить такой аппарат невозможно без расчёта. Только зная, какая температура будет на его поверхности при спуске в атмосферу, мы можем выбрать подходящий по свойствам материал, который не будет разрушаться или деформироваться в данных условиях. Расчёт частично заменяет нам эксперимент и позволяет существенно экономить время и средства на разработку».
Фото на странице: SpaceX / Фотобанк Unsplash
