Опубликовано: 28.01.2021, 09:56
 

Выпускница МАИ работает над инновационной моделью динамики газов для гиперзвука


[image]

Развитие аэрокосмической отрасли и, в частности, переход к гиперзвуковым технологиям, требует качественного совершенствования вычислительных методов и математических моделей, способных описывать характеристики окружающей среды при взаимодействии с летательным аппаратом, движущимся на высокой скорости. Решению этой проблемы посвящена работа выпускницы Московского авиационного института, ассистента кафедры 105 "Аэродинамика летательных аппаратов" Алены Тихоновец. В конце минувшего года Алена защитила кандидатскую диссертацию по теме "Разработка комбинированной физико-математической модели для описания течений высокой динамической неравновесности". Автор представила в своей работе ряд перспективных методов, позволивших на порядки повысить эффективность ее модели по сравнению с аналогами.

Уникальная методика

Работа над проектом велась с 2016 года под руководством доктора физико-математических наук, профессора кафедры 105 Юрия Алексеевича 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, - объясняет Алена. - 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 расчета. Основное же преимущество нашей модели - это компромисс вычислительной экономичности и точности относительно совпадения с экспериментом.

Среди факторов, которые способствовали достижению командой исследователей высокого результата, - использование специальной методики расчета, позволяющей существенно ускорить процесс.

- Мы нашли способ не сохранять каждый раз в памяти значение, полученное на очередной итерации. Это значительно экономит память и повышает скорость расчета в сотни раз, - говорит автор модели. - Сейчас в мире работы в этой области вышли на плато: скорость расчетов 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.

Средства на исследования выделяются Министерством образования и науки РФ в рамках госзадания. В настоящее время коллективом кафедры запатентованы две программы - для расчета фронта ударной волны и обтекания активной поверхности.

Как тебе такое, Илон Маск?

Результат работы маевцев представляет интерес как один из инструментов совершенствования гиперзвуковых технологий. Например, модель помогает определять оптимальную форму летательных аппаратов, предназначенных для эксплуатации на гиперзвуковых скоростях, рассчитывать температуру на их поверхности и, исходя из полученного результата, выбирать материал покрытия.

- Одно из важных направлений в аэрокосмической отрасли сегодня - создание возвращаемых летательных аппаратов, - отмечает Алена Тихоновец. - Изготовить такой аппарат невозможно без расчета. 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. Расчет частично заменяет нам эксперимент и позволяет существенно экономить время и средства на разработку.

В дальнейших планах коллектива кафедры 105 - усовершенствование модели для последующего внедрения в реальные производственные процессы.

- У нас есть еще несколько нерешенных задач, - продолжает Алена. - Так, существуют определенные математические трудности, связанные с описанием процесса обтекания острой кромки - к примеру, передней кромки крыла или входа в воздухозаборник двигателя. Этим вопросом мы планируем заняться.

Что касается личных планов Алены, они не менее амбициозны. Девушка рассчитывает подготовить докторскую диссертацию по данной теме, а затем продолжить научную работу и, возможно, найти ответ на один из самых масштабных фундаментальных вопросов тысячелетия.

- У меня есть большой интерес к проблемам турбулентности, - говорит выпускница МАИ. - Я хотела бы попробовать расширить нашу модель и понять, что такое турбулентность и как она работает. Это одна из последних нерешенных задач классической механики, и я надеюсь, что смогу в будущем приблизиться к ее решению.

 
Ссылки по теме: Другие пресс-релизы «МАИ» | Все пресс-релизы
Дайджест прессы за 28 января 2021 года | Дайджест публикаций за 28 января 2021 года
Авторские права на данный материал принадлежат организации «МАИ». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Связи: Аэродинамика (в процессе тестирования)

Комментарии к новости