Цифровые технологии

Математическое моделирование обеспечивает абсолютно новые возможности по разработке и техническому сопровождению современных образцов ракетных двигателей и двигательных установок.

Математическое моделирование обеспечивает абсолютно новые возможности по разработке и техническому сопровождению современных образцов ракетных двигателей и двигательных установок.

Математическое моделирование проводится по основным направлениям физических процессов: термодинамика, газодинамика, горение, тепломассообмен, тепловые режимы и тепловая защита, термохимия, теплопрочность и устойчивость материалов, высокочастотная устойчивость и низкочастотная устойчивость РП, баллистика, акустика.

Приоритетные направления развития средств и методов математического моделирования в Центре Келдыша

     

При создании технологий виртуального моделирования рабочих процессов рассматриваются и учитываются современные требования к математическому моделированию:

• Учёт взаимного влияния элементов системы
• Оптимизация по многим параметрам (физическим, конструкторским, технологическим, экономическим)
• Моделирование функционирования двигателя на всех этапах жизненного цикла

Ведутся работы по моделированию сложных газодинамических двухфазных течений, результаты которых позволяют оптимизировать конфигурацию проточного тракта двигателей высокоскоростных летательных аппаратов.

Создаются тепловые модели двигателей для уточнения рабочих параметров как при автономной отработке в земных условиях, так и при функционировании в составе разгонного блока в условиях космического полёта.



Создана виртуальная тепловая модель ракеты для отработки на ней нештатных и аварийных ситуаций.

 

Математические модели для ионных и холловских двигателей

1. 3D-математическая модель потоков заряженных частиц в ионно-оптических системах ионных двигателей (IOS-3D)

Траектории ионов и прогноз эрозии электродов в ячейке ИОС ИД:

	Распределение объёмного заряда ионного пучка в ячейке ИОС
	Тепловое воздействие связки ЭРД на стенки вакуумной камеры
	Течение нейтрального газа в разрядном канале СПД
	Скорость распыления панелей СБ ионами плазменной струи ЭРД

2. 2D-осесимметричная FullPIC модель плазмы в газоразрядной камере ионного двигателя, позволяющая проводить расчет локальных параметров разряда и динамику плазменных компонент

	Концентрация плазмы
	Потенциал плазмы
	Динамика электронов

3. Моделирование плазменных неустойчивостей, увеличивающих проводимость плазмы поперек магнитного поля 

4. Моделирование локальных параметров плазмы в разрядной камере холловского двигателя

	Плотность плазмы
	Потенциал плазмы
	Температура электронов

В направлении развития средств математического моделирования проводятся работы по созданию цифровых двойников ракетных двигателей и энергодвигательных установок ракетно-космической техники

В направлении развития средств математического моделирования проводятся работы по созданию цифровых двойников ракетных двигателей и энергодвигательных установок ракетно-космической техники.

Цифровые двойники функционируют на интеграционной платформе отечественной разработки.

Проводятся работы по уточнению физических моделей отдельных процессов. Формируются базы данных свойств материалов, параметров моделей тепломассообмена, эрозии. Разрабатываются расчётные блоки типовых элементов: газогенераторов, регуляторов, камер сгорания.

Созданные средства инженерного анализа внедрены на предприятиях отрасли и используются для выбора схемно-компоновочных решений на ранних стадиях проектирования, для оптимизации теплонапряжённых элементов конструкции с целью повышения энергомассового совершенства, для анализа результатов экспериментальной отработки, выявления и устранения причин нештатной работы, прогнозирования изменения характеристик при долговременном хранении и анализа возможностей по модернизации.

Важным направлением деятельности является разработка и внедрение нормативно-технической документации, регламентирующей использование средств математического моделирования, и, в частности, цифровых двойников, в жизненном цикле изделий: от проектирования до утилизации. Перспективным итогом этих работ является межведомственное признание результатов математического моделирования с использованием цифровых двойников в подтверждение работоспособности разрабатываемых изделий наравне с реальными испытаниями.