-Разработка математических моделей и численных методов решения пространственных сопряженных нестационарных задач газовой динамики и механики многофазных реагирующих деформируемых гетерогенных сред в условиях выстрела

Цель.Разработка теории внутренней баллистики, основанной на математических моделях пространственных сопряженных нестационарных внутрикамерных процессов в ствольных системах, численных методов и алгоритмов компьютерного моделирования внутренней баллистики, обеспечивающих исследование возможностей повышения дульной скорости снаряда для различных схем заряжания и механизмов возникновения аномальных явлений, сопровождающих процесс артиллерийского выстрела.Актуальность.В связи с постоянно растущими требованиями к повышению могущества ствольной артиллерии возникла необходимость проведения исследований, связанных с изучением влияния конструкции и свойств заряда на повышение конечной скорости снаряда, а также с развитием нежелательных аномальных явлений (конвективное горение, развитие волн давления, разрушение пороховых элементов), сопровождающих процесс выстрела при высоких давлениях. Существующие подходы и методы не позволяют решать эти задачи. Для численных исследований данных процессов необходимо опираться на комплексную пространственную сопряженную нестационарную математическую постановку задачи внутренней баллистики артиллерийского выстрела, учитывающую постепенный прогрев, воспламенение, движение горящих пороховых частиц, их межгранулярное взаимодействие и напряженно-деформированное состояние элементов порохового заряда. В ходе выполнения проекта планируется создание программного обеспечения реалистичной пространственной визуализации процессов, сопровождающих артиллерийский выстрел, на основе математического моделирования. Это позволит проводить более информативные исследования и повысить эффективность проектных и опытно-конструкторских работ при создании новых образцов артиллерийского вооружения.Проведение рассматриваемого исследования позволит решить ряд фундаментальных научных проблем (построение многомасштабных математических моделей внутренней баллистики для исследований артиллерийского выстрела в области критических значений параметров заряжания) и прикладных задач (разработки автоматизированного рабочего места конструктора заряда).Уровень значимости и научная новизна исследования.Будут созданы новые пространственные математические модели сопряженных нестационарных процессов артиллерийского выстрела, учитывающих постепенный прогрев, воспламенение, нестационарное и эрозионное горение, движение многофазных гетерогенных сред, межгранулярное взаимодействие, напряженно-деформированное состояние и разрушение пороховых элементов, что открывает возможность исследования механизмов возникновения и критериев развития аномальных явлений при срабатывании артиллерийского выстрела.Впервые в математической модели будет отражена пространственная схема компоновки артиллерийского заряда. Повышение размерности моделирования внутрибаллистического процесса позволит решать задачи структурно-параметрического проектирования комбинированного артиллерийского заряда с произвольным расположением пороховых элементов в камере.Будут созданы алгоритмы распараллеливания и численные методы для пространственного моделирования процессов артиллерийского выстрела, включая построение адаптивных расчетных сеток при изменении расчетных областей, зависящих от текущего состояния параметров физических процессов, что имеет существенное значение в условиях артиллерийского выстрела.Будет разработано программное обеспечение компьютерного моделирования и пространственной визуализации процессов, сопровождающих артиллерийский выстрел, что повысит наглядность представления результатов вычислительного эксперимента и информативность при проектировании и проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.Переход на новый уровень моделирования взаимосвязанных физических процессов внутренней баллистики позволит исследовать новые факторы, сопровождающие процесс выстрела, существенно расширит круг задач и возможности вычислительного эксперимента при проектировании артиллерийских зарядов.Ожидаемые результаты и их значимость.Будут исследованы предельные режимы, критические условия и механизмы возникновения аномальных явлений, связанных с нестационарными и эрозионными эффектами горения, а также с напряженно-деформированным состоянием, межгранулярным взаимодействием и разрушением элементов заряда, что имеет важное значение при отработке артиллерийских зарядов на практике.Разработанные алгоритмы распараллеливания, численные методы построения пространственных адаптивных сеток и численные методы решения пространственных сопряженных нестационарных задач движения многофазных гетерогенных реагирующих деформируемых сред могут быть использованы для расчета газодинамики течений многофазных гетерогенных реагирующих деформируемых сред в различных технических устройствах.Программная реализация численных методов пространственного моделирования сопряженных нестационарных физических процессов внутренней баллистики с учетом воспламенения, горения, межгранулярного взаимодействия, напряженно-деформированного состояния и прочности элементов заряда при выстреле позволит более точно прогнозировать внутрибаллистические параметры процесса выстрела для различных пространственных компоновок заряда, что имеет важное значение при оптимизации конструкции заряда.Создание программного обеспечения математического моделирования и реалистичной пространственной визуализации артиллерийских систем и процессов, сопровождающих артиллерийский выстрел, существенно повысит производительность при обработке и анализе результатов моделирования и скорость принятия решений при разработке программы дальнейших научно-исследовательских работ.Разрабатываемое в рамках проекта программное обеспечение ориентировано на решение задач проектирования артиллерийских систем и получение новых знаний о процессах, протекающих при выстреле, за счет решения взаимосвязанных внутрибаллистических задач.Реализация проекта создаст предпосылки для разработки автоматизированного рабочего места конструктора зарядов.