На ФТФ придумали, как за 2 часа рассчитать процессы в двигателе ракеты
26 Апреля 2021

Аспирант физико-технического факультета Томского государственного университета Александр Кирюшкин совместно с профессором кафедры математической физики ФТФ ТГУ Леонидом Миньковым усовершенствовал алгоритм расчета внутрикамерных процессов в ракетных двигателях, существенно увеличив его точность и сократив время работы до 2-х часов. Результаты работы томских ученых представлены в журнале «Компьютерные исследования и моделирование» (Scopus, Q3). 

Как правило, современные ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ) имеют заряды сложной формы, характеризующиеся трехмерной либо осесимметричной геометрией. Течение газов внутри камеры сгорания может носить сложный характер: возможно наличие пульсаций давления, образование вихревых структур и застойных зон. Экспериментальное исследование процессов, происходящих в РДТТ, связано с определенными трудностями из-за их скоротечности, высоких температур и давлений. В связи с этим использование методов математического моделирования является важнейшим компонентом исследований подобных процессов.

Схема бессоплового РДТТ: 1 — ось симметрии; 2 — выходное сечение; 3 — стенки; 4 — начальное положение горящей поверхности; 5, 6 — граница металлического вкладыша

При поддержке гранта РФФИ томские ученые разработали алгоритм, который позволяет увеличить точность полученных результатов, что способствует снижению количества трудоемких экспериментов. Дополнительно появляется возможность моделирования конфигураций твердого топлива, расчет которых с помощью существующих методик был либо проблематичен в реализации, либо давал некорректные результаты. Однако использование данного алгоритма требует много времени для расчетов — из-за его детализированности по сравнению с существующими.

Александр Кирюшкин

— На рабочих компьютерах расчет одной конфигурации может занимать до одной недели, что непозволительно для стадии проектирования, когда нужно быстро рассмотреть много различных конфигураций. С другой стороны, не всегда имеется доступ к использованию высокопроизводительных вычислительных кластеров. Поэтому мы параллелизировали и оптимизировали алгоритм с использованием графических процессоров NVIDIA и технологии CUDA, — рассказал о модернизации алгоритма Александр Кирюшкин.

Применение параллельной реализации позволило достичь производительности 3 Тфлопс (3х1012) операций над числами с плавающей точкой в секунду. Это значительно сократило время работы алгоритма — до 1-2 часов. При сравнении результатов расчетов алгоритма, разработанного томскими учеными, с существующими разница составила 20%, что подтверждает большую точность описания.

Фото: с сайта Роскосмоса и Александра Кирюшкина