Неравновесные ионизованные течения в аэрокосмических приложениях: инструментарий численного моделирования и наземные эксперименты

Разработка нового поколения возвращаемых аппаратов, миниатюрных спутников и межпланетных космических аппаратов требует проведения комплексных исследований ряда важных задач, решение которых позволит сделать прорывной скачок в развитии технологий. Одной из таких ключевых задач является качественно новое понимание неравновесных ионизованных течений, и, соответственно, существенное расширение возможностей инженеров и ученых в области описания и анализа подобных течений. С этой задачей непосредственно связаны различные критические важные вопросы, такие как описание аэротермодинамики возвращаемых аппаратов, разработка эффективных электрореактивных двигателей, определение тепловых нагрузок на острые кромки летательных аппаратов, подавление эффекта нарушения радиосвязи и другие. Эти задачи могут быть решены только с помощью комплексных исследований, основанных на совместном использовании теоретического, численного и экспериментального подходов. В таких исследованиях может быть получена существенно более детальная информация о течении за счет нового уровня теоретического описания и математических моделей, максимально эффективного использования вычислительных мощностей современных суперкомпьютеров, развития экспериментальных методик и использования новейших средств диагностики. В настоящем проекте на основе программных продуктов, созданных при выполнении проекта РНФ 2017 года, предлагается разработать, верифицировать и валидировать средства численного моделирования для решения задач газовой динамики в приложении к аэрокосмическим технологиям на суперкомпьютерах с гибридной архитектурой. Для достижения этой цели планируется создать новые физические и вычислительные модели ионизованного излучающего газа достаточно детальные для учета важных неравновесных эффектов, и в то же время достаточно численно эффективные для проведения полномасштабных аэротермодинамических расчетов реальных спускаемых аппаратов. Для валидации разработанного численного инструментария будут использоваться доступные в литературе результаты экспериментов. Кроме того, в рамках данного проекта будут проведены наземные экспериментальные исследования, которые позволят получить достоверные данные для валидации моделей. Предполагаемые результаты могут быть использованы в реальных аэрокосмических приложениях, в том числе, для разработки теплозащиты новых спускаемых аппаратов и создания электрореактивных двигателей нового поколения.