Военное обозрение

Учёные заявили о пути решения проблемы длительного тестирования моделей ракетных двигателей

40

В рубрике «Поговорим о науке» предлагается к обсуждению тема исследований, направленных на снижение времени тестирования моделей ракетных двигателей.


Суть проблемы для разработчиков состоит в том, что тратятся огромные ресурсы, включая время и финансы, для проведения тестирования двигателей, предназначенных для ракетной отрасли. Практически любое внесённое в конструкцию двигателя изменение требует нового процесса проведения тестовых испытаний, что не всегда возможно в силу самых разных обстоятельств.

Казалось бы, на помощь приходят компьютерные технологии, позволяющие моделировать испытательные процессы для ракетных двигателей. Но и здесь не всё просто.

Группа исследователей из Университета Техаса (США) опубликовала доклад, в котором говорится, что даже при наличии суперкомпьютера удовлетворительные данные тестирования можно получить лишь через несколько недель после начала процесса компьютерного моделирования. В качестве примера приводится анализ ракетного двигателя SpaceX Merlin. Работа по моделированию рабочего процесса его последней версии проводилась в течение несколько месяцев, что не удовлетворило ни заказчиков, ни самих специалистов по моделированию.

Возглавляющая исследовательскую группу Карен Уиллкокс сообщает о разработке новых методов «научного машинного обучения» для ускорения процесса тестирования, для решения проблемы длительности этого тестирования. Речь идёт о методе, который сочетает научные вычисления с машинными данными, используя в том числе физическое моделирование. Новый подход, как говорит доктор Уиллкокс, использует возможность уменьшить порядок размера силовой установки при симуляции, существенно сократив время тестирования.

Для инженеров при создании ракетных двигателей важно своевременно получать данные о том, как поведёт себя не вся установка, а конкретный её блок, узел. При учёте той или иной её конструкции, при внесении изменений в эту конструкцию. Использование метода машинного анализа уменьшенной двигательной установки возможно не всегда, но для получения ключевых результатов его можно применять и передавать конструкторам, как считают представители исследовательской группы.



В частности, новый метод с использованием "машинного обучения" был применён для расчёта параметров сгорания топлива в камере двигателя. С помощью компьютерной модели были получены конкретные сценарии при работе инжектора. На основании анализа этих сценариев были созданы графики полей давления, скорости, химического состава продуктов сгорания, их температуры. В свою очередь эти данные помогли исследователям создать модель работы двигателя уменьшенного порядка, а также "обучить компьютер" проведению ускоренного анализа.

Метод сами учёные называют – от частного к общему через промежуточные данные.

Из доклада:

Такой вариант работы позволил генерировать результаты с последующей компьютерной обработкой в течение примерно двухсот часов. Машина на основании полученного опыта теперь переходит к «самообучению» для ускорения процедуры анализа. Это своеобразное повторение процессов на симуляторе. Планируется, что при совершенствовании процесса анализ работы ракетного двигателя сможет занять всего несколько секунд.

Доктор Уиллкокс:

Конечно, этот метод не даст решения многоуровневых задач испытания ракетных двигателей. Но на первом этапе он совершенно точно позволит сэкономить ресурсы на анализе основных данных, сократить время процесса, обеспечив высокие результаты.


Для справки: ракетный двигатель SpaceX Merlin относится к жидкостным. Имеет несколько модификаций, включая Vacuum 1D. Масса - до 500 кг. Тяга в условиях земного притяжения на уровне моря - примерно 850 кН. Время работы - до 375 с (в зависимости от модификации). Давление в камере сгорания - 97 атм. Впервые использовался при запуске в сентябре 2013 года.
Автор:
40 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.

Уже зарегистрированы? Войти

  1. sanik2020
    sanik2020 20 апреля 2020 09:57
    -5
    В рубрике «Поговорим о науке» предлагается к обсуждению тема исследований, направленных на снижение времени тестирования моделей ракетных двигателей.

    А здесь что,специализированный форум ракетных двигателистов.
    -Я сюда попал или не сюда.
    1. knn54
      knn54 20 апреля 2020 10:31
      0
      Автор,в понедельник,после Пасхи?
      Стоит Брежнев перед зерклом:
      — Идея…
      — Идея…
      — Иде я нахожусь?
      1. Mole
        Mole 20 апреля 2020 10:52
        0
        Вот ещё:
        Мужик утром просыпается, оглядывается вокруг, встаёт, подходит к зеркалу и пристально всматривается в отражение.
        Тут жена ему с кухни: "Сережа, иди завтракать!"
        Мужик своему отражению: "Вспомнил! Сергей!" drinks
    2. gridasov
      gridasov 20 апреля 2020 10:35
      +3
      А кто вам мешает пройти мимо ? Или это не фундаментальная тема повышения обороноспособности страны
  2. Бережливый
    Бережливый 20 апреля 2020 10:01
    -1
    Вообще то, все эти компьютерные программы имеют одну проблему -пресловутый человеческий фактор. Одна ошибка в программе для расчетов изначально дает бОльшую погрешность измерения, и ставит под вопрос создание или испытание изделия в дальнейшем. Поэтому, как бы дороги и сложны не были натурные испытания, без них еще не одно десятилетие обойтись не получится.
  3. Yrec
    Yrec 20 апреля 2020 10:03
    +1
    Если речь идёт о двигателе на боевой ракете с билетом в один конец, то можно этим методом воспользоваться, если двигатель "везёт" людей - то нет. Пока изделие не пройдёт полный цикл испытаний, доверять ему не стоит. Никакие модели и макеты не прокатят.
    1. U-58
      U-58 20 апреля 2020 10:33
      +1
      Отнюдь нет.
      Если ракета боевая с билетом "в один конец", то "невыполнение боевой задачи" ведет к суду военного трибунала. Так что ответвенность во всех случаях высокая(((((
  4. Оператор
    Оператор 20 апреля 2020 10:03
    +1
    100 атмосфер в камере сгорания - это ни о чем laughing
    1. Бережливый
      Бережливый 20 апреля 2020 10:07
      0
      Оператор hi -это супергриль, курочек пожарить, или шашлык -машлык lol !!!
    2. gridasov
      gridasov 20 апреля 2020 10:38
      +1
      Проблема поднятия давления на порядки ,решается весьма просто .Необходимо так сказать изменить кратковременность процесса ,а это достигается технически
      1. Bobrick
        Bobrick 21 апреля 2020 21:30
        0
        В смысле, организовать более быстрое сгорание или заменить непрерывный процесс горения на пульсирующий?
        1. gridasov
          gridasov 22 апреля 2020 11:02
          0
          И то и другое! но ещё и более! Нужно понимать ,что чтобы не было так сказать неразрывности процесса и разрыва потока необходимо обеспечить неразрывный как напорный входящий поток так и выходящий. Это технология обеспечения алгоритмов отдельных этапов. И т.д
    3. Эррр
      Эррр 20 апреля 2020 10:56
      +4
      Цитата: Оператор
      100 атмосфер в камере сгорания - это ни о чем laughing
      В каком это смысле "ни о чем"? "Союзы" до сих пор летают при помощи РД-107. У последнего давление в камере сгорания "всего-то" 58 атм. smile
      1. Оператор
        Оператор 20 апреля 2020 12:39
        -2
        РД-107 как никак стукнуло 63 года, при том, что супер-пупер "Мерлин" вообще-то числится Маском по разряду инновационного.

        При таком подходе РД-180 с 253 атмосферами у штатников должен проходить по разряду "даст ист фантастиш" laughing
        1. Эррр
          Эррр 20 апреля 2020 15:19
          0
          Я не в курсе по какому разряду проходит там у "штатников" РД-180, но то, что всего лишь 5 (!!!) однокамерных F-1, установленных на первых ступенях Saturn V, с давлением в их камерах сгорания "всего в каких-то" 69 атм 7 раз "выстрелили" к Луне по 2965 тонн лунных экспедиций полного снаряжения (и при этом ни единого сбоя!) лично у меня вызывают неподдельные восторг и восхищение.
          И не надо больше про большие давления в камере сгорания, очень прошу. hi
          1. Оператор
            Оператор 20 апреля 2020 16:27
            -3
            Не надо ваших комментов к моим постить.
        2. BlackMokona
          BlackMokona 20 апреля 2020 16:45
          +1
          Числится инновационным благодаря его низкой стойкости, простоте производства, и его большому ресурсу.
          1. Оператор
            Оператор 20 апреля 2020 17:22
            -2
            Керогаз тоже отличается низкой стоимостью, простотой производства и большим ресурсом laughing

            Конструкция "Мерлина" была разработана по заказу НАСА еще в ветхозаветные времена (отсюда и давление 100 атмосфер), забракована и выложена в свободный доступ согласно американским законам (как все несекретные изделия, разработанные за бюджетные средства). Маск всего лишь подобрал то, что никому не было нужно.

            Правда, ничтоже сумнящий Эррр что-то там лепетал про водородно-кислородный дпигатель "Сатурна" с еще меньшим давлением в камере сгорания. У данного двигателя большая теплотворность водорода компенсировала падение удельного импульса из-за более низкого давления в камере сгорания, а главное - тот двигатель применялся на второй ступени "Сатурна", которая начинала работать при подъеме ракетоносителя в разреженные слои атмосферы, где противодавление на срезе сопла на порядок меньше, чем на уровне моря.

            Но СССР и тут смог умыть американцев с помощью водород-кислородного двигателя РД-0120 с давлением 220 атмосфер, установленного на РН «Эне́ргия» bully
            1. BlackMokona
              BlackMokona 20 апреля 2020 18:29
              +1
              Мэрлин был разработан SpaceX , он не использовал никакой двигатель в качестве первоосновы, это полностью оригинальная разработка для нужд SpaceX
              Давление определяется , что SpaceX выбрали открытую схему для удешевления и упрощения двигателя
              1. Оператор
                Оператор 20 апреля 2020 19:20
                -1
                Открытая схема со сбросом отработанного газа из турбогенератора во внешнее пространство никак не влияет на давление в камере сгорания.
                1. BlackMokona
                  BlackMokona 20 апреля 2020 19:38
                  0
                  Влияет и очень сильно.
                  Посмотрите давление у двигателей с открытой схемой и закрытой
                  В двигателе закрытой схемы расход рабочего тела через турбину ТНА существенно выше, чем в двигателе открытой схемы, что делает возможным достижение более высоких давлений в камере сгорания
                  1. Оператор
                    Оператор 20 апреля 2020 19:41
                    -1
                    Просто ЖРД с открытой схемой - сильно древняя конструкция, у которой величина давления в камере сгорания также устарела.
                    1. BlackMokona
                      BlackMokona 20 апреля 2020 20:07
                      +1
                      Выбор между ЖРД открытой и закрытой схемы это вопрос выборов приоритетов. И те и те двигатели разрабатываются и используются по сей день.
                      Например ЖРД Вулкан открытой схемы для ракет Ариан-5 был создан в 1997 году.
                      Или тот же Мэрлин 2006 года выпуска.
  5. федоров
    федоров 20 апреля 2020 10:23
    -3
    Тут явно не в тему по сайту. Рома Баньши пропустил или Вадим Смиронов , скорее подопечные.
    Не физики же тут собрались на сайте, хотя многие с опытом.
    1. lucul
      lucul 20 апреля 2020 10:43
      +6
      Тут явно не в тему по сайту. Рома Баньши пропустил или Вадим Смиронов , скорее подопечные.
      Не физики же тут собрались на сайте, хотя многие с опытом.

      Это для расширения кругозора - доступным языком всё изложенно , без умничания.
  6. Комментарий был удален.
  7. U-58
    U-58 20 апреля 2020 10:29
    +1
    Все это чрезвычайно интересно.
    Вот только не сообщается, имела ли место проверка метода ??
    Стыкутся ли электронные данные с практическими результатами. И какова
    набранная статистика ?
    1. gridasov
      gridasov 20 апреля 2020 10:53
      0
      Они и не могут состыковываться поскольку современные методы работы с большими данными не позволяют учитывать не то ,что доминирующие аспекты ,но и саму процессуальность изменения всех этих отдельных данных
      1. U-58
        U-58 20 апреля 2020 11:48
        0
        Да уж ... Тут ить чего и как заведешь в исходные, то и получишь. Реальная жизнь богаче...
        1. gridasov
          gridasov 20 апреля 2020 11:58
          0
          Правильно Вы заметили ! Сама методика анализа должна включать постоянный ввод новых данных и постоянный анализ на переменных процессах. Но,всего этого и близко нет !
      2. T.Henks
        T.Henks 21 апреля 2020 10:00
        0
        Во заплёл! Теперь точно никто ничего не поймёт! Зачёт по полной.
    2. Bobrick
      Bobrick 21 апреля 2020 22:01
      0
      В областях, где получены действительные данные реальных испытаний современные пакеты компьютерного моделирования дают очень точные результаты даже без машинного обучения (данные с испытаний используются для коррекции физической и математической модели, а дальше - чем больше различной статистики, тем точнее модель в известных областях и в промежутках между ними, просто сейчас это можно производить автоматически, использую машинное обучение).
      Да-да, то, о чем написал gridasov, реализуется в действительности (только людьми, вручную), но даже при таком подходе нужны опытные образцы и испытания (может быть в меньшем количестве, но требуются).

      Стоит выйти за эти пределы, результат может оказаться совсем далеким от практического.
  8. gridasov
    gridasov 20 апреля 2020 10:32
    0
    Многие крутят пальцем у виска в мой адрес. Но без использования функции постоянного значения числа невозможно описать не то ,что турбулентные или плазменные процессы ,а это необходимо подвергать анализу в каждой точке локального процесса ,но нельзя описать и ламинарные процессы. При этом смешно выглядят попытки построить локальные пространства на переходных процессах ,не говоря уже о высоко потенциальных. Более того маломассштабные модели двигателей отличаются от реальных полномасштабных тем ,что с математической точки зрения нельзя одну совокупную ёмкость больших данных заменить на другой. Это -то кто -либо понимает? Более того ключевые проблемы ракетных и управляемых процессом двигателей заключаются в турбо топливо нагнетателя в котором механизм управления потоком жидкостей или газов имеет пределы того же турбулентного истечения . Отсюда и невозможность поднять плотность энергии,если можно так сказать ,а это влечёт невозможность создания тяжёлых ракет.
    1. lucul
      lucul 20 апреля 2020 10:42
      -1
      Многие крутят пальцем у виска в мой адрес.

      Я не кручу ....
      1. gridasov
        gridasov 20 апреля 2020 10:49
        0
        Спасибо! Я верю. И вообще я понимаю ,что не я один полнюсь рациональными и обоснованными идеями и разработками. Проблема в механизме их реализации.
    2. U-58
      U-58 20 апреля 2020 11:50
      +1
      Но ведь речь идёт не только о газодинамических процессах, но и о работе железа, что представляет большой интерес.
      1. gridasov
        gridasov 20 апреля 2020 12:06
        0
        Абсолютно верно! Я уже порой упускаю эти аспекты .И конечно анализ необходим всего комплекса участвующих в процессе совмещённых компонентов. Несомненно высоко потенциальные истечение подвижных потоков вызывает ионизации поверхностей истечения и поляризацию элементов конструкции. Значит и магнитные потоки начинают формировать магнитные взаимодействия в сочленениях и самой структуре деталей и всей конструкции. Но этого анализа соизмерения различных размерностей и поляризации элементов не производят сейчас- нет методики. Поэтому очевидно и нет модели учитывающей условия различного уровня внешней среды ,в которой двигатель будет работать. В общем без новых математических методов анализа нет и развития стратегически важной отрасли.
    3. Дилетант
      Дилетант 20 апреля 2020 12:58
      +1
      Комп просчитывает не двигатель, а его математическую модель (ММ). А вот на сколько ММ соответствует реальному "железному" двигателю - большой вопрос. Поэтому обеспечить надежность реального "железа" без реальных "огневых" испытаний будет нельзя еще оооочень долго.
  9. voyaka uh
    voyaka uh 20 апреля 2020 13:00
    +1
    Компьютерное моделирование заходит постепенно во все области техники и науки.
    Еще в середине 90-х я сам слышал, как доктора наук по химии заявляли, что комп. моделирование НИКОГДА не заменит "настоящую" творческую работу с пробирками в ограническом синтезе. Еще как заменило! За несколько лет.
    Сегодня никто и в руки не возьмет пробирки пока нет комп.модели.
    1. gridasov
      gridasov 20 апреля 2020 14:45
      +1
      Вы глубоко ошибаетесь! Математической модели анализа 0как не было так и нет! Почему? Потому ,что ММ рассматривает только статистику и аналитические выводы делает мозг человека. Поэтому нет рекомендательных аспектов работы методики . Человек работой своего мозга выбирает и то только вероятность того ,что можно получить в пробирке. Ещё раз - ни одна ММ не даёт рекомендательных и обоснованных выводов. Вычисление и анализ это принципиально разные явления
    2. T.Henks
      T.Henks 21 апреля 2020 10:12
      0
      Очень интересно. Наверно поэтому весна никак и не приходит. Смотрю я на такое же ММ в метеорологи и вижу чудное окно в трое суток, что движется по шкале времени вправо. С уставкой на два дня вперед. А по старому дедовскому прогнозу вигвам будет тепло до середины мая. Да и лето не порадует.