Теперь дорогостоящие испытания в аэродинамических трубах для новых космических кораблей можно заменить точными цифровыми копиями. Исследователи из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН разработали вычислительную технологию, которая позволяет с высочайшей точностью смоделировать на суперкомпьютере поведение сверхзвукового потока воздуха вокруг объектов любой сложной формы. Это открытие кардинально меняет подход к проектированию аэрокосмической техники, перенося основную работу инженеров из лаборатории в цифровое пространство.
В основе прорыва лежит мощь современных суперкомпьютеров и особая математическая модель — квазигазодинамическая система уравнений. Эта модель оказалась куда более «послушной» и устойчивой для расчетов, чем традиционные уравнения, особенно когда речь идет о крайне разреженном газе и колоссальных скоростях. Ученые смогли виртуально «продуть» в цифровом аэродинамической трубе цилиндры, эллипсоиды и составные тела с коническими насадками, определив для каждого распределение давления, температуры и скорости воздуха.
Но главной инженерной находкой стала тонкая настройка двух ключевых параметров алгоритма, которые действуют как «цифровой амортизатор» и «цифровой стабилизатор». Они позволяют гасить возникающие в расчетах нефизичные колебания и гарантировать, что модель не «развалится» под натиском сложных данных. После такой настройки программа не только стабильно работает, но и выдает результаты, которые на 95% совпадают с расчетами мирового индустриального стандарта — пакета ANSYS Fluent.
Разработанный код оказался не только точным, но и невероятно быстрым благодаря грамотному распараллеливанию. Задачи, которые раньше решались сутками, теперь выполняются за часы, что открывает путь для проектирования аппаратов нового поколения. Эта работа — важный шаг к созданию будущих многоразовых космических кораблей, чей безопасный спуск на Землю можно будет просчитать до мельчайших деталей, еще на стадии чертежа.
Исследование опубликовано в журнале «ВестникЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
