Конструкторы, архитекторы и строители все чаще и чаще прибегают к компьютерному моделированию, чтобы «увидеть», как будет вести себя еще не построенная техника или сооружение. О нетривиальных расчетных задачах, которые решают специалисты «Саровского инженерного центра», рассказал «РЗ» его директор Александр Рябов.

Александр Алексеевич Рябов – директор «Саровского Инженерного Центра», доктор физико-математических наук.
1974 — окончил Самарский государственный аэрокосмический университет (СГАУ).
1974–1985 — работал в Центральном специализированном конструкторском бюро (ЦСКБ), г. Самара.
1985 — поступил на работу в РФЯЦ-ВНИИЭФ, где прошел путь от старшего научного сотрудника до начальника отделения.
Является автором и соавтором более 80 научных работ, опубликованных в России и за рубежом, награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» IV степени.
     Раньше для испытаний нового самолета в условиях прерванного взлета в пассажирские кресла устанавливались мешки с песком и экипаж, разогнав лайнер по взлетной полосе, выполнял экстренное торможение, подтверждая безопасность машины. Airbus пошел другим путем: промоделировав на компьютере эту аварийную ситуацию, специалисты показали, что для подтверждения безопасности самолета достаточно стендовых испытаний со стойкой шасси, что существенно дешевле.
     В «Саровском Инженерном Центре» в Технопарке «Саров» мы занимаемся решением проблем прочности, тепломассопереноса, газодинамики, аэродинамики, теплопроводности на основе компьютерного моделирования с применением лицензионных комплексов программ мирового уровня. Мы очень много работали и продолжаем сотрудничать с ЗАО «Гражданские самолеты Сухого» по безопасности самолета Superjet-100. Для того чтобы он без ограничений летал во все аэропорты мира, самолет должен отвечать требованиям безопасности во всех условиях эксплуатации, включая аварийные. Нормы по безопасности пассажирских самолетов постоянно ужесточаются. Когда несколько лет назад французский «Конкорд» загорелся при взлете из-за разрушения протектора шасси и разбился, все находившиеся на борту погибли.


Деформации конструкции при аварийной посадке Superjet-100:
красный цвет — максимальные деформации,
зеленый — умеренные,
синий — минимальные

     Причиной аварии оказался небольшой металлический предмет на взлетной полосе, который привел к разрыву покрышки шасси. Маленький кусочек резины с большой скоростью ударил по крышке топливного бака под крылом, появилась течь топлива, которая попала в горячую струю работающих двигателей и подожгла самолет.
     После этой трагедии в нормы было введено требование, чтобы в случае разрыва протектора при взлете и посадке разлетающиеся фрагменты резины и струи сжатого газа не могли вывести из строя самолет. Вместе со специалистами ЗАО «ГСС» мы исследовали безопасность Superjet-100 на основе компьютерного моделирования более 30 возможных вариантов аварии, что позволило улучшить конструкцию, надежно подтвердить ее безопасность, сэкономить значительные средства и время, успешно сертифицировать самолет по этому требованию европейских норм во Франции.
     Мы также проводили компьютерный анализ и других возможных нештатных ситуаций, моделировали различные варианты посадки самолета с частично выпущенными шасси. Необходимо было проверить, что в случае аварийной посадки самолет безопасен: деформируются и разрушаются его отдельные элементы, но он не загорится. В результате компьютерных расчетов, включающих все детали реальной конструкции, удалось подтвердить правильность технических решений, обеспечивающих его безопасность в условиях нештатной посадки и максимально снижающих вероятность пожара.      В прошлом году во время испытательных полетов в Исландии самолет совершил нештатную посадку без шасси. Он не загорелся, и все на борту остались живы. Нам, специалистам, абсолютно ясно, что Superjet-100 в этой неожиданной аварийной ситуации продемонстрировал абсолютную надежность. Он получил деформации, близкие к расчетным, и вернулся в Россию своим ходом после замены двигателей.

     Проблемы ядерной безопасности носят глобальный характер, по сути, не имеют границ. «Саровский Инженерный Центр» активно работает в этом направлении. Для исключения опасных последствий аварии, подобной Чернобыльской катастрофе, разработчики ядерных энергетических установок вводят в конструкцию специальное удерживающее устройство — «поддон». Его назначение — защита корпуса реактора в тяжелой запроектной аварии с расплавлением активной зоны. «Поддон» необходим для локализации расплава (кориума) и последующего отвода остаточного выделения тепловой энергии на основе свободных конвективных течений теплоносителя — обычной воды. Именно она по специальной схеме остужает расплав.
     Такую схему проверили сначала на стенде ОАО «ОКБМ Африкантов». При этом достоверность моделирования «Саровского Инженерного Центра» была подтверждена показаниями нескольких десятков датчиков в эксперименте на этом стенде. После этого были проведены численные расчеты реального реактора, учитывающие все основные особенности конструкции и подтвердившие ее надежность.

     Масса интересных задач стоит перед разработчиками космической техники. Вот пример: рентгеновский телескоп собираются разместить на специальной орбите — за Луной, в так называемой второй точке Лагранжа. Проще говоря, это место, где притяжение Луны и Земли компенсируется, способствуя стабилизации положения аппарата в открытом космосе. Задача телескопа — измерение реликтового излучения, образовавшегося в момент Большого взрыва, когда родилась Вселенная.
     И вот для этого телескопа нужно сконструировать элементы оптических систем настолько качественно и точно, чтобы он, пройдя все перегрузки на активном участке и выйдя далеко за пределы земного притяжения на орбиту, оставался абсолютно идеально настроенным. Иначе ему не удастся провести высокоточные измерения. Основное препятствие для решения этой задачи — невозможность создания условий открытого космического пространства на Земле: гравитация не позволяет этого сделать. Единственный выход — создание и исследование моделей.
     При разработке современного автомобиля большое внимание уделяется его аэродинамическим характеристикам, которые непосредственно влияют на шумность, топливную эффективность, управляемость при больших скоростях, видимость в плохую погоду. Поэтому на самой ранней стадии разработки необходимо проводить численные эксперименты по определению аэродинамических характеристик автомобиля, что значительно дешевле, чем испытания в аэродинамической трубе. На кластерных вычислительных ресурсах «Саровского Инженерного Центра» были рассчитаны аэродинамические характеристики автомобилей КамАЗ-5480 и КамАЗ-5308, что способствовало повышению их потребительских свойств.
     Прочность — наука универсальная. Что прочность стула, что прочность сложной машины — смысл один и тот же. Если есть нагрузки на изделие, то в нем возникают напряжения, которые нужно рассчитать для оценки прочности. В последнее время мы занимаемся также моделированием микроклимата новых спортивных сооружений: ледовых дворцов, аквапарков, стадионов. Анализируем гидродинамику малых скоростных судов, решаем проблемы нефтегазовой отрасли страны, прогнозируя эрозионный износ элементов трубопроводных транспортных систем.

Текст: Редкие земли