В конце 2020 года научный коллектив Московского авиационного института и Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) завершил работу над двухгодичным проектом по развитию методов компьютерного моделирования течений газа в приложении к решению задач внешней и внутренней аэродинамики. Проект проводился при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. 

В рамках проекта научный коллектив разработал оригинальный комплекс программных кодов, позволяющих решать фундаментальные и прикладные задачи широкого диапазона режимов течения газа: от медленных до гиперзвуковых, от течений газа при нормальных условиях до разреженного и свободномолекулярного режимов. Данный спектр разработанных программных комплексов может быть использован для математического моделирования космических и гиперзвуковых летательных аппаратов, а также для моделирования функционирования микроэлектромеханических (МЭМС) устройств. 

Почему вопрос компьютерного моделирования течения газа так важен? Создание математической модели, как известно, несравнимо экономичнее проведения опытного эксперимента. При проектировании летательного аппарата необходимо заранее рассчитать, какие температуры он должен выдерживать, какой материал для этого использовать, какова наиболее удачная геометрия при обтекании газом. При создании микроустройства важно рассчитать его пропускную способность и, соответственно, размеры. 

Одним из трёх соавторов проекта является кандидат физико-математических наук, доцент кафедры 801 «Физика» института № 8 «Информационные технологии и прикладная математика» МАИ Максим Юрьевич Тимохин. В ходе работы авторы проводили сравнительные расчёты тремя методами: с помощью уравнений Навье-Стокса, метода прямого статистического моделирования Монте-Карло, а также унифицированной газокинетической схемы на основе уравнения Шахова, которой занимался маёвец. Расчёты Максима Юрьевича проводились с помощью вычислительных ресурсов института № 8 «Информационные технологии и прикладная математика» МАИ и были направлены на исследования распределения полной энтальпии внутри ударной волны.
«В ходе работы над проектом был собран широкий спектр программно реализованных континуальных и кинетических методов для численного моделирования различных режимов газодинамических течений. Были модернизированы имеющиеся программные коды и исследована применимость каждого из методов для нескольких фундаментальных задач газовой динамики. Например, задача о структуре ударной волны и задача о регулярном отражении ударной волны», — говорит Максим Юрьевич.
Энтальпия — это термодинамическая функция, которая характеризует энергетическое состояние системы, находящейся при постоянном давлении. До и после ударной волны энтальпия остаётся неизменной. Ударная волна характеризуется скачком параметров среды: плотности, давления, температуры, скорости. Показательным примером является вход космического аппарата в верхние слои атмосферы, когда происходит резкая смена динамики разреженного газа, где классические уравнения гидроаэродинамики перестают работать. Работы над этим вопросом велись с момента зарождения космической отрасли, однако поведение энтальпии внутри ударной волны до сих пор было мало исследовано.

Источники

МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике (МАИ)
СЦ Материал (aviamet.ru), 23/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Пресс-релизы Aviaru.net, 23/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
АвиаПОРТ (aviaport.ru), 23/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
МАИ (mai.ru), 23/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Крылья Родины (kr-media.ru), 23/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Авиапанорама (aviapanorama.ru), 23/04/2021
В МАИ разработали программные коды для расчетов в газодинамике
Научная Россия (scientificrussia.ru), 23/04/2021
Московский авиационный институт и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 24/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Nanonewsnet.ru, 25/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Союз авиапроизводителей России (aviationunion.ru), 27/04/2021
МАИ и ИТПМ СО РАН создали уникальное решение для расчетов в газодинамике
Российский фонд фундаментальных исследований (rfbr.ru), 11/05/2021

Похожие новости

  • 10/07/2019

    В России пройдут испытания новой модели сверхзвукового самолёта

    В России в 2019 году пройдут испытания модели сверхзвукового делового самолета разработки "Туполева" со сниженным уровнем звукового удара. Его испытают в аэродинамической трубе, сообщил "Интерфаксу" источник в авиапроме.
    1956
  • 16/04/2021

    Разработки самого высокого полета

     Каждый восьмой грант, получаемый учеными региона, посвящен аэрокосмическим исследованиям. Новосибирские ученые вносят большой вклад в освоение космоса: тренажер для стыковки космических аппаратов, технология для изготовления солнечных батарей на орбите и на Луне, катализаторы орто-пара-конверсии водорода, аэродинамические исследования перспективного российского многоразового космического корабля «Орел» — вот далеко не полный перечень разработок, рожденных в Сибири.
    696
  • 05/10/2020

    Мусорные полигоны больше не нужны? О разработках Института теплофизики СО РАН

    Институт теплофизики СО РАН разработал и запатентовал комплекс технологий обращения с твердыми коммунальными отходами. С его помощью можно перерабатывать твердые коммунальные отходы без их накопления, а также рекультивировать перегруженные полигоны до состояния чистой земли.
    871
  • 09/04/2021

    Инновационный новосибирский тест на COVID-19 по дыханию представили на крупной выставке в Москве

    ​Учёные ведущих вузов России и эксперты экспортного центра оценили устройство новосибирских разработчиков, позволяющее сдать тест на коронавирус по дыханию.  Разработанный учёными Института автоматики и электрометрии СО РАН и компании «Сайнтификкоин» газоанализатор HEALTHMONITOR, позволяющий сдать тест на COVID-19 по дыханию, представили на международной выставке «Фотоника.
    502
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    2648
  • 13/01/2021

    Академику Анатолию Николаевичу Коновалову 85 лет

    ​Анатолий Николаевич Коновалов родился 13 января 1936 года в Ростове-на-Дону.В 1958 году окончил с отличием Уральский государственный университет им. А.М. Горького (г. Свердловск). Один год учился в очной аспирантуре, затем перевелся в заочную аспирантуру и поступил на работу во Всесоюзный НИИ технической физики (п/я 150, г.
    588
  • 15/05/2018

    Новый российский гибридный реактор соберут в Курчатовском институте к концу года

    ​Гибридный реактор, который может в перспективе заменить АЭС, ученые научно-исследовательского центра Курчатовский институт соберут к концу 2018 года, физический пуск установки запланирован на 2020 год.
    1474
  • 25/11/2019

    Европейской лазерной установке XFEL - 10 лет

    ​22 ноября в Гамбурге прошли торжественные мероприятия в честь 10-летия со дня старта Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL.Проект XFEL, созданный на базе разработок российских ученых и при активном интеллектуальном и финансовом вкладе нашей страны, - уникальная мегаустановка для проведения исследований, прежде всего, в области материаловедения, нано и био-технологий.
    862
  • 04/05/2017

    Ученые ИТПМ СО РАН готовы к созданию гиперзвукового летательного аппарата

    Россия готова к началу работ по конструированию и выпуску гражданской гиперзвуковой авиации. Об этом сообщил директор новосибирского Института теоретической и прикладной механики. На пресс-конференции, прошедшей в Москве, директор новосибирского Института теоретической и прикладной механики, Василий Фомин рассказал о том, что в данный момент Россия готова к тому, чтобы начать производство гиперзвуковой гражданской авиации.
    2326
  • 12/01/2021

    Коллайдер NICA: достать до нейтронных звезд. «В Мире науки» №12, 2020

    В Московской области продолжается строительство коллайдера тяжелых ионов NICA, где будут изучать кваркглюонную материю — состояние вещества, которое находится в недрах нейтронных звезд. Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне уже получили из Италии ключевой элемент исследовательской установки MPD (Multi-Purpose Detector) строящегося ускорительного комплекса — катушку сверхпроводящего соленоидального магнита.
    493