Выпускница МАИ работает над инновационной моделью динамики газов для гиперзвука

Московский авиационный институт (МАИ), 28 января 2021 года

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» Алёны Тихоновец. 

В конце минувшего года Алёна 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 её 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 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».
 
Среди факторов, которые способствовали достижению командой исследователей высокого результата, — использование специальной методики расчёта, 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 расчёта в сотни раз, — говорит 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. 
Средства на исследования выделяются Министерством образования и науки РФ в рамках госзадания. В настоящее время коллективом кафедры запатентованы две программы — для расчёта фронта ударной волны и обтекания активной поверхности». 

Как тебе такое, Илон Маск? 

Результат работы маёвцев 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 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». 

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

«У нас есть ещё несколько нерешённых задач, — продолжает Алёна. — Так, существуют определённые 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 Алёны, 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 её решению».




Сообщения компаний:

КРЭТ запустил на «Инженерах будущего» образовательный трек по ИИ и беспилотным системам
КРЭТ

Реконструкция аэродромного комплекса аэропорта Братск выполнена на 85%
Аэропорт Братск

Опытный самолет Як-130М выполнил первый полет
ОАК

ОДК начала сборку первых серийных двигателей ПД-8 для самолета «Суперджет»
ОДК

Из Международного аэропорта Владивосток - в Яньтай!
Международный аэропорт Владивосток

Сразу две полетные программы в Далянь запущены из международного аэропорта Хабаровск
АО «Хабаровский аэропорт»

ГТЛК уже законтрактовала свыше 100 беспилотников по ГГЗ-2026
ГТЛК

ОДК проведет образовательный модуль по двигателестроению на форуме «Инженеры будущего – 2026»
ОДК

Аэрофлот увеличивает частоту полётов между Минеральными Водами и Стамбулом
Аэрофлот

Red Wings перевезла более 30 млн пассажиров за 27 лет
Red Wings

Ростех впервые представил на «Инженерах будущего» ключевые компоненты для отечественных БПЛА
Ростех

МС-21-310 продемонстрировал дальность полета свыше 3800 километров
ОАК

Red Wings открыла продажи билетов в Израиль на зимний сезон
Red Wings

Наработка установок ОДК-Авиадвигатель и ОДК-Пермские моторы на объектах ТЭК превысила 50 млн часов
ОДК

В МАИ открыт набор на первую в России программу БВО по подготовке инженеров для проектирования беспилотных систем
МАИ

ОДК-Кузнецов впервые провел Семейный день на площадке опытного производства
ОДК

В Иркутском аэропорту начнётся апробация новых правил пересечения государственной границы для иностранных граждан
АО «Международный Аэропорт Иркутск»

Коллектив Авиастара награжден Орденом Почета
ПАО "ОАК"

Эмирейтс покажет Чемпионат мира FIFA 26 в прямом эфире на рейсах по всему миру
Авиакомпания Emirates

Ростех успешно испытал устойчивый к РЭБ квадрокоптер «Сибирячок-5»
Госкорпорация Ростех