Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне провели первое в мире трехмерное моделирование гиперзвуковых потоков, выявив неожиданные нарушения симметрии, которые могут изменить подход к проектированию сверхбыстрых самолетов.
Прорыв в моделировании гиперзвуковых скоростей
Группа ученых из Инженерного колледжа Грейнджера при Иллинойсском университете впервые смоделировала сложное взаимодействие гиперзвукового летательного аппарата с воздушными потоками в трехмерном пространстве. Используя суперкомпьютер Frontera в Техасском передовом вычислительном центре (TACC), доктор Дебора Левин и аспирант Ирмак Тайлан Карпузку смогли подробно изучить ударные волны и пограничные слои, возникающие при движении объектов со скоростью, превышающей 5 Махов.
«Эксперименты начала 2000-х годов не давали полной картины из-за ограниченного количества датчиков. Теперь у нас есть 3D-модель, которая выявляет неожиданные эффекты», — пояснил Карпузку.
Неожиданные разрывы в потоке
В ходе моделирования ученые изучали поведение молекул воздуха вокруг конусообразного объекта — стандартной формы для гиперзвуковых летательных аппаратов.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
«С ростом числа Маха ударная волна приближается к поверхности и вызывает неустойчивость. Мы проводили расчеты до 6 Маха и не увидели резких изменений, но при более высоких скоростях ситуация меняется», — отметил Карпузку.
Метод Монте-Карло и уникальное ПО
Для анализа поведения миллиардов частиц исследователи использовали метод Монте-Карло, который оказался эффективнее традиционной вычислительной гидродинамики. Кроме того, команда использовала специализированное программное обеспечение, разработанное бывшим студентом Левина, которое ускорило вычисления.
«Наше программное обеспечение оптимизировано для параллельных вычислений, поэтому моделирование выполняется быстрее», — объясняет Карпузку.
Теория "тройной палубы" и новые горизонты
Обнаружив аномалию, ученые обратились к «трехпалубной» теории линейной устойчивости, которая помогла объяснить неожиданный перелом. Это открытие может стать ключом к созданию более устойчивых гиперзвуковых летательных аппаратов, способных выдерживать экстремальные нагрузки.
«У нас есть первая полная 3D-модель гиперзвуковых потоков, которая открывает новые возможности для инженеров», — подчеркнул Левин.
Результаты исследования Опубликовано в журнале Physical Review Fluids.
Читайте все последние новости технологий на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.