Суперкомпьютеры в ракетно-космической отрасли

[vlad7308]

Кстати, подобный расчет потребует также и поверхность крыла моделировать с "молекулярной" точностью. Например, вместо использования коэффициентов сопротивления напрямую считать импульс от столкновения молекул газа с неровностями на крыле

Наверное, еще нескоро появится суперкомпьютер, способный справиться с такой задачей...

если закон Мура будет продолжать работать, то появятся в обозримой перспективе

[Fakir]

Но работать с кинетикой при атмосферных плотностях?!  :shock:

Эта модель менее эффективна и требует гигантских ресурсов, но тем не менее, алгоритмически она проще.

Вы точно хотели сказать, что кинетика проще модели сплошной среды?!
 Нет, вы точно хотели сказать именно ЭТО?!  :shock:

[Гость 22]

Вы точно хотели сказать, что кинетика проще модели сплошной среды?!
 Нет, вы точно хотели сказать именно ЭТО?!  :shock:

Повторяю то, что хотел сказать:

расчет турбулентности по "отдельным молекулам" - алгоритмически намного более простая задача, чем расчет [турбулентности] с применением любой из моделей сплошной среды

[Бродяга]

Вы точно хотели сказать, что кинетика проще модели сплошной среды?!
 Нет, вы точно хотели сказать именно ЭТО?!  :shock:

Повторяю то, что хотел сказать:

расчет турбулентности по "отдельным молекулам" - алгоритмически намного более простая задача, чем расчет [турбулентности] с применением любой из моделей сплошной среды

Ну да, складывать палочками тоже проще, чем столбиком. :lol:

[Старый]

Если я не ошибаюсь, то модели с "отдельными молекулами" даже на суперкомпьютере имеет смысл применять только для расчета сильно турбулентных потоков. Во всех остальных случаях расчет по модели "сплошной среды" дает такой же результат, но с на порядки меньшими затратами.

Дык когда возможно обойтись хорошими моделями и простыми рассчётами тогда и суперкомпьютеры не нужны и даже прото компьютеры.

[pkl]

Я думал что прикалываюсь, а похоже они и вправду ничего не слышали про Такомский мост и так и не поняли что это было...

В продолжение офф-топа:

Волгоградские водители не верят в ветер, раскачавший мост[/size]

Многие волгоградские водители сомневаются, что причиной сильных колебаний моста через Волгу был ветер. После некоторой эйфории, связанной с открытием моста для движения легковых автомобилей, местные жители начали говорить о возможных просчетах проектировщиков.

Водитель «Мазды» с 20-летним стажем Виктор Понеделкин в беседе ИТАР-ТАСС был прямолинеен: «Я не верю в предварительную версию специалистов, озвученных в СМИ, что бетонные "волны" на мосту амплитудой около метра возникли в результате резонансных колебаний из-за ветровой нагрузки. Сила ветра в прошлый четверг была около 16 метров в секунду, но в Волгограде это не редкость. Неужели проектировщики не предусмотрели силу такого среднего ветра?». Сомнения водителя разделили и другие автолюбители. Лишь единицы из примерно 40 опрошенных человек согласились безоговорочно верить в предварительную причину ЧП, озвученную экспертами — виноват аэродинамический фактор, то есть сильный ветер.

В прошлый четверг по дорожному покрытию моста шли настоящие «волны», их амплитуда составляла от 40 см до 1 метра. В 19:00 по московскому времени движение по мосту в обе стороны было временно закрыто.

Для изучения «качаний» моста в Волгоград  уже съехались лучшие в стране эксперты — ученые, инженеры. По заключению комиссии экспертов, мост в Волгограде нуждается в конструктивных изменениях аэродинамики и оснащении специальными рассекателями ветра, хотя сам переход через Волгу находится в технически исправном состоянии. Пока при погодных условиях, сходных с теми, которые были 20 мая, движение по мосту будут приостанавливать.

Ситуацией с «танцующим» мостом заинтересовалась прокуратура. Следственными органами СКП по Волгоградской области проводится процессуальная проверка по факту нарушения правил безопасности при ведении строительных работ по признакам преступления, предусмотренного частью 1 статьи 216 Уголовного кодекса России («нарушение правил безопасности при ведении горных, строительных или иных работ»).

Президент России Дмитрий Медведев  21 мая дал поручение Контрольному управлению президента и Генпрокуратуре проверить обстоятельства проектирования, строительства и эксплуатации моста в Волгограде. Медведев также поручил проверить соблюдение соответствующих нормативов и требований при проектировании строительства и эксплуатации моста.

Первая очередь моста через Волгу в Волгограде была введена в строй 10 октября 2009 года. Строительство мостового перехода велось 13 лет и обошлось в 12,3 миллиарда рублей. Общая протяженность моста составляет 29 километров 833 метра, а первого пускового комплекса (от 2-й Продольной магистрали до города Краснослободска) — 7 километров 110 метров.

http://news.mail.ru/incident/3869640/

Может, им ссылку бросить из ютуба? Знать бы куда :roll:

[АниКей]

http://www.computerra.ru/science/481679/

Всё верно — чтобы победить в конкурентной борьбе (во всех отраслях экономики) страна должна победить в вычислениях. Здесь важно не "участие в забеге", а именно победа. Это сказал не я, а председатель комитета по конкурентоспособности США. Умная женщина — я с ней просто согласился.

...

А в целом, если бы в России была создана необходимая киберинфраструктура [/size]из сотни национальных, региональных, отраслевых и корпоративных суперкомпьютерных центров разного уровня производительности, связанных в мощную грид-систем[/size]у, то это стало бы платформой начала модернизации экономики, перевода её в категорию экономик, основанной на знании. Это позволило бы серьёзно продвинуть и науку, и IT-отрасль и все остальные отрасли экономики — без сомнения. И серьёзно улучшить жизнь всех граждан нашей страны.

Построение отечественного суперкомпьютера — хотя бы одного, хотя бы из Top20, — это архиважный первый шаг на этом пути, который России, несомненно, необходимо сделать. Как и все дальнейшие шаги на этом пути.

[АниКей]

http://www.computerbild.ru/hard/31375/

[АниКей]

Рис. 1. Моделирование старта ракеты-носителя «Рокот» (ГНПЦ им. М.В.Хруничева)
рис. 3. Анализ динамического поведения международной космической станции при работе робота-манипулятора (ЦНИИмашиностроения)
Рис. 4. Статистическое моделирование процесса старта ракеты

...в качестве примера оперативного расширения возможностей EULER можно привести работу АО «АвтоМеханика» с ГНПЦ им. Хруничева по моделированию старта ракеты-носителя «Рокот». В процессе выполнения этой работы была поставлена задача применения статистического моделирования процесса старта при случайных внешних воздействиях и значениях ряда конструктивных параметров самой ракеты. Первоначально такие возможности в EULER не предусматривались, но они были оперативно созданы

http://www.sapr.ru/Article.aspx?id=7846

[АниКей]

Моделирование процесса десантирования ракеты космического назначения из самолета-носителя

С. В. Борзых, Д. В. Бакулин, Ю. Н. Щиблев, Н. С. Ососов, А. В. Николаев

Аннотация: Моделируется динамика процесса выхода ("десантирования") ракеты космического назначения (РКН) из грузовой кабины самолета-носителя (СН). Сформулированы требования к схемам и средствам десантирования. Изложены цели расчета, применена модель системы абсолютно твердых тел. Представлены результаты моделирования процесса десантирования в виде зависимостей от времени параметров абсолютного и относительного движения РКН и СН, зависимостей от времени усилий в поясах связей. Результаты расчета показывают принципиальную возможность осуществления процесса.

http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=22&option_lang=rus
http://www.mathnet.ru/php/getFT.phtml?jrnid=mm&paperid=22&what=fullt&option_lang=rus

[АниКей]

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Направление подготовки дипломированного специалиста
652600 – Ракетостроение и космонавтика
Классификация – инженер

...

Научно-исследовательская деятельность:

    * анализ состояния и перспектив развития как ракетно-космической техники в целом, так и отдельных ее направлений      ;

    * создание математических моделей функционирования объектов ракетно-космической техники, систем и технологических процессов      ;

    * проведение математического моделирования на ЭВМ задач оптимального проектирования ракет, космических аппаратов, систем жизнеобеспечения, стартовых комплексов и технологических процессов      ;

    * экспериментальное моделирование ситуаций, возникающих при старте, выведении и полете ракет и космических аппаратов.

Экспериментальная деятельность:

    * планирование и проведение лабораторных и стендовых испытаний с использованием ЭВМ на этапе проведения и обработки данных эксперимента;
....

[АниКей]

http://engine.aviaport.ru/issues/22/page13.html

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СОВРЕМЕННЫХ ЖРД

Сегодня трудно представить цивилизованный мир без ракетно-космической техники. Создана международная обитаемая космическая станция. Продолжаются полеты к дальним планетам Солнечной системы. Реализуются программы по выводу на различные орбиты сотен спутников с целью всемирной информатизации.

Все виды полезных нагрузок должны выводиться в космос ракетами-носителями (РН), оснащенными высокоэффективными, надежными, дешевыми и экологически чистыми двигателями. Этим требованиям отвечают ракетные двигатели, работающие на жидком кислороде и углеводородном горючем на первых ступенях РН и жидком кислороде и жидком водороде на верхних ступенях РН.

К современным ЖРД предъявляют требования высокой надежности, экономичности работы, многократности использования и т.п.

Оптимизация полетных траекторий РН требует от ЖРД обеспечения широкого диапазона регулирования тяги двигателя при различных скоростях ее изменения.

Стоимость разработки ЖРД, их надежность и эффективность определяются многими факторами. Одним из важнейших является знание динамических процессов, происходящих в двигателе. Это стало возможным благодаря накопленному опыту разработки ЖРД и математическому моделированию.

Математическое моделирование призвано выявить характерные особенности функционирования и выбрать оптимальные статические и динамические характеристики узлов и агрегатов двигателя на основе глубокого теоретического анализа создаваемой конструкции и процессов, происходящих как в агрегатах, так и в двигателе в целом. С помощью математического моделирования задолго до создания реальных узлов, агрегатов и двигателя в целом удается "прочувствовать" особенности работы ЖРД. Математическое моделирование должно сопровождать весь "жизненный цикл".

На этапе технического предложения и эскизного проектирования с помощью математического моделирования:

    * анализируются и выбираются схемные решения ЖРД с целью оптимизации его энергетических характеристик и параметров;
    * рассчитываются основные статические и динамические характеристики регулирующих устройств двигателя;
    * выбирается циклограмма срабатывания регулирующих органов;
    * определяются амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) двигателя;
    * исследуются вопросы внутридвигательной устойчивости процессов;
    * оценивается совместная работа двигателя с ракетными и стендовыми системами и исследуется ряд других вопросов.

На этапе экспериментальной отработки:

    * уточняются требования к циклограмме работы двигателя;
    * оптимизируются характеристики агрегатов и основные параметры двигателя;
    * анализируются аварийные и аномальные ситуации.

На этапе серийного производства двигателей:

    * оценивается влияние технологических отклонений, возникающих при изготовлении двигателя, на его эксплуатационные свойства и надежность;
    * анализируются и моделируются нештатные ситуации;
    * исследуются новые конструктивные решения, направленные на модернизацию двигателей и т.п.

Почти пятидесятилетний опыт работы специалистов НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, в сочетании с работами ведущих специалистов ИЦ им. М.В. Келдыша, ЦИАМ, ЦНИИМАШ, МВТУ и МАИ позволил отработать технологию построения полной нелинейной математической модели, описывающей рабочий процесс ЖРД на всех режимах работы.

Математическая модель представляет собой детерминированное описание нелинейными дифференциальными и алгебраическими уравнениями всех основных процессов, происходящих в узлах, агрегатах и двигателе в целом при его функционировании. При ее разработке используют представления о простейших гидродинамических элементах активного сопротивления, массы и емкости, отражающих одно определенное свойство моделируемой среды (инерционность, сжимаемость, вязкость) и описываемых уравнениями соответствующего фундаментального физического закона - сохранения количества движения, энергии и неразрывности течения.

Математические модели полного цикла работы ЖРД обычно содержат до 150 нелинейных дифференциальных уравнений, в том числе и второго порядка, а также около 300 алгебраических.[/size]

Математические модели принято разделять на статические, описывающие стационарные режимы работы ЖРД, и динамические, описывающие нестационарные режимы, в которых все проявляющиеся скорости переменны. Только в динамике проявляются и влияют на протекание процессов инерция перемещаемых масс и вращающихся масс; тепловая инерция при передаче и распространении тепловых потоков; деформация стенок магистралей и элементов конструкций; сжимаемость жидкости и газа; изменение временных запаздываний при воспламенении и горении компонентов топлива и т. п.

Наибольшие трудности при разработке математических моделей встречаются при разработке моделей, описывающих запуск ЖРД. Это связано с тем, что данному режиму свойственен ряд специфических процессов.

Определенные трудности возникают при решении больших систем нелинейных дифференциальных уравнений.

Накопленный НПО Энергомаш опыт позволил в настоящее время преодолеть многие из указанных трудностей. Для каждого вновь разрабатываемого ЖРД и для всех своих двигателей, находящихся в эксплуатации, НПО Энергомаш разработало модели полного цикла работы.[/size] Хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных свидетельствует об адекватности математической модели реальным процессам, происходящим при запуске двигателя. С помощью математического моделирования специалисты НПО Энергомаш при экспериментальной отработке двигателя РД-120 обоснованно принимали решения, направленные на повышение его надежности.

При создании двигателя РД-170, используемого на РН "Энергия" и РН "Зенит", а также двигателя РД-180 для РН "Атлас" математическое моделирование позволило значительно сократить сроки и стоимость разработки.

В настоящее время НПО Энергомаш ведет отработку кислородно-керосинового ЖРД РД-191 для новой российской РН "Ангара".

Двигатель, наряду со многими отработанными конструктивными решениями кислородно-керосиновых двигателей РД-120, РД-170 и РД-180, включает в себя ряд принципиально новых узлов и агрегатов, позволяющих значительно улучшить его энергомассовые характеристики.

Одним из новых решений является отказ от традиционной схемы управления агрегатами управления и регулирования (дросселем и регулятором расхода горючего), с помощью цифровых электро-пневмо-гидроприводов. Вместо них применены дроссель и регулятор расхода горючего, дроссельные части которых состоят из нескольких параллельных гидравлических блоков клапанов, а управление ими осуществляется электрогидравлическими клапанами золотникового типа.

Для указанного двигателя была разработана математическая модель, позволившая выбрать циклограмму.

Проведенная серия из четырех испытаний первого экземпляра двигателя РД-191 без съема с испытательного стенда показала, что выбранные пусковые параметры обеспечили нормальный, стабильный бесстартерный запуск.

Целенаправленную подготовку специалистов в области математического моделирования рабочего процесса ЖРД ведет Московский авиационный институт. Этому способствует вышедший недавно из печати учебник "Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей", написанный коллективом авторов из НПО Энергомаш и МАИ.

[АниКей]

http://www.euler.ru/content.asp?doc=406

Моделирование перегрузки ракеты с транспортного судна на пусковую платформу морского базирования (проект "Sea Launch")
 Моделирование перегрузки ракеты проводилось при следующих условиях:
      колебания транспортного судна;
      колебания пусковой платформы;
      действие ветровых возмущений на ракету;
      ограничения свободного пространства при перегрузке в виде элементов конструкции судна и платформы.

[АниКей]

http://www.euler.ru/content.asp?doc=401

Моделирование старта ракетно-космических носителей семейства "Ангара"
Работа выполнена совместно с ГКНПЦ им. М.В. Хруничева

В рамках настоящей работы было проведено моделирование динамики старта ракетно-космических носителей (РКН) семейства "Ангара" для определения условий, обеспечивающих безударность ракеты с сооружениями стартового комплекса, и определения уровня возникающих динамических нагрузок.

Характерной особенностью старта РКН семейства "Ангара"  является взаимодействие ракеты с механизмом стартового комплекса, который удерживает ее на начальном участке подъема и затем уводит стрелу с бортовыми разъемными соединениями от ракеты. Это взаимодействие формируется в процессе совместного движения ракеты и механизма стартового комплекса. В итоге складывается достаточно сложная картина пространственного динамического взаимодействия в системе "колонна + механизм удержания и сопровождения РКН  + пусковое устройство + РКН + система управления + внешняя среда".

Было проведено исследование динамики старта ракетно-космического носителя "Ангара-5"  при отказе одного двигателя на начальном участке полета. На основе этого были сформированы рекомендации по алгоритмам управления, обеспечивающим увод РКН от сооружений стартового комплекса....

[АниКей]

Моделирование процесса раскрытия солнечных батарей спутника связи "Ямал-200"

 Целью данного исследования была оценка динамических характеристик процесса раскрытия солнечных батарей и возникающих при этом нагрузок. Характерной особенностью рассматриваемой конструкции является наличие системы тросовой стабилизации, которая обеспечивает равномерность процесса раскрытия батарей. ...

http://www.euler.ru/content.asp?doc=404

[АниКей]

Моделирования работы системы стабилизации разгонного блока "Бриз-М"

Целью данного исследования была оценка динамических характеристик процесса стабилизации угловых колебаний верхней ступени ракетно-космического носителя. Для стабилизации по курсу и тангажу используется маршевый двигатель разгонного блока. Для стабилизации по крену используются реактивные двигатели управления. В модели учитывались внешние возмущения и колебания жидкости в баках разгонного блока....

http://www.euler.ru/content.asp?doc=405

[АниКей]

Анализ динамических характеристик международной космической станции (МКС)

Работа выполнена совместно с ЦНИИ Машиностроения по заказу Российского авиационно-космического агентства

Целью данной работы являлось создание на базе EULER программно-математического модуля анализа динамических характеристик МКС в обеспечение программы экспериментов на ее борту с использованием робототехнических средств. Использование этого модуля позволяет повысить оперативность решения задач анализа динамической обстановки на МКС, связанных с формированием программы проведения экспериментов на борту станции....

http://www.euler.ru/content.asp?doc=403

[АниКей]

Моделирование старта ракетно-космического носителя «Рокот»

Работа выполнена совместно с ГКНПЦ им. М.В. Хруничева


 Основной задачей данной работы было определение условий, обеспечивающих безударность открытого старта ракетно-космического носителя (РКН) "Рокот". Для этого было проведено вероятностное (статистическое) моделирование динамики старта РКН "Рокот".

http://www.euler.ru/content.asp?doc=402

[sychbird]

Ну если речь о математическом моделировании процессов при разработке РД-120/170 то это середина 80 годов, и скорее всего использовались машины класса "Эльбрус". Современные суперкомпьютеры для задач подобного класса  скорее всего избыточны. Ну разве что обсчет занимает не месяцы, а часы.

[АниКей]

http://engine.aviaport.ru/issues/03/page28.html

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - КЛЮЧ К СОЗДАНИЮ ДВИГАТЕЛЕЙ

Владимир Скибин, Александр Крайко, Борис Блинник, Игорь Браилко, Михаил Иванов, Вячеслав Копченов, Владимир Макаров, Александр Секундов, Юрий Темис, ЦИАМ им. П.И. Баранова

Увеличение объема информации, необходимой для создания новых объектов аэрокосмической техники, усложнение связей между элементами проектируемых объектов и качественное изменение применяемого при этом математического аппарата неминуемо приводит к тому, что важнейшим инструментом исследователя и конструктора становится математическое моделирование (матмоделирование), в основе которого лежат глубокое понимание происходящих в исследуемом объекте физических и химических процессов, эффективные методы расчета и оптимизации и стремительно развивающиеся средства вычислений, новые компьютерные и информационные технологии. Авиационные двигатели на всех этапах своего развития, будучи предельно энерго- и теплонапряженными и крайне сложными в конструктивном отношении, должны были всегда удовлетворять строгим требованиям по надежности, экономичности, ресурсу и весу, которые в настоящее время резко ужесточились. Соответственно, возросли требования к качеству научного сопровождения процесса создания авиадвигателей. Успешное развитие матмоделирования в ЦИАМ как головном институте отрасли предопределили сформировавшиеся здесь крупные научные школы Г.Г. Черного, Г.Н. Абрамовича и И.А. Биргера, которым принадлежат многие выдающиеся научные достижения в области аэродинамики, турбулентности и прочности.
Необходимость повышения достоверности описания сложных газодинамических и физических процессов в авиационном двигателе и развитие вычислительной техники привело к тому, что в начале 70-х гг. стали широко применяться численные методы. В этот период в ЦИАМ впервые в практике газодинамических расчетов стали широко использоваться для решения нестационарных задач монотонные разностные схемы "распадного" типа. С их помощью были впервые решены смешанные эллиптико-гиперболические задачи (например, прямая задача теории сопла Лаваля). Почти одновременно в ЦИАМ была предложена подобная схема "маршевого" счета двух- и трехмерных сверхзвуковых стационарных течений, не имевшая конкурентов по эффективности и работоспособности. Расчеты, выполненные с применением "распадных" схем, легли в основу вышедшей в 1976 г. под редакцией родоначальника этого подхода С.К. Годунова монографии "Численное решение многомерных задач газовой динамики". Эта монография, ставшая настольной книгой нескольких поколений отечественных аэрогазодинамиков, обеспечила заметный прогресс в двигателестроении. На Западе схемы такого типа (к которым относятся, например, "TVD-схемы") получили широкое распространение примерно с десятилетней задержкой. При активном участии ученых ЦИАМ численные методы получили дальнейшее развитие. Так, для расчетов установившихся по времени режимов в настоящее время обычно используются неявные схемы. Повышен порядок аппроксимации и, что особенно важно, выполнено сохраняющее аппроксимацию простое обобщение на произвольные нерегулярные разностные расчетные сетки. "Распадные" схемы обеспечивают слабое размазывание ударных волн. Наряду с этим, в расчетную практику вошло выделение главных разрывов в явном виде. Для этих целей были созданы эффективные алгоритмы, позволившие с большей достоверностью определять конфигурацию скачков уплотнения.
Первоначально схемы подобного типа применялись лишь при интегрировании уравнений Эйлера, описывающих течения невязкого газа. Позже они нашли применение и при интегрировании уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса для ламинарных и турбулентных течений и уравнений для неравновесных физико-химических процессов. При матмоделировании наиболее важных в практике авиадвигателестроения турбулентных режимов серьезной проблемой становится "замыкание" уравнений Рейнольдса. Причина этого в том, что возможность учета вновь появляющейся турбулентной вязкости не следует автоматически из основных принципов механики сплошных сред, лежащей в основе традиционных методов расчетов. По этой причине приходится вводить специальные уравнения, отражающие особенности процессов сжимаемости, тепло-, массопереноса и обмена импульсов. Предложенные существующей в ЦИАМ школой Г.Н. Абрамовича дифференциальные модели этих процессов находятся на уровне лучших мировых аналогов.
ЦИАМ внес важный вклад в описание процесса горения. В камере сгорания, где относительный уровень турбулентности достигает 50...100 %, смешение топлива с воздухом, а следовательно и горение практически полностью определяется турбулентностью. В.Р. Кузнецов разработал теорию турбулентного горения, в основе которой лежит физически обоснованное предположение о тонкой зоне горения. Эта идея позволила математически строго разделить область применимости уравнений газодинамики и уравнений кинетики. Благодаря этому удается производить расчет трехмерного горения с учетом сотен реакций между многими десятками химических компонент.

...