Без якого досягнення інженерної думки не обійтися, якщо ви задумали побудувати космічний корабель, який повинен долетіти до інших планет? Звичайно, без надплідних матеріалів, ультраміцних сплавів і проривних ідей. А ще - без потужних програм для інженерного моделювання. Такі програми здатні завершити півмільярда операцій менше, ніж за добу, і показати, що станеться з кожним вузлом корабля, коли закінчиться відлік і в бетон космодрому вдарить полум'я двигунів першого ступеня.
Сьогодні ми як ніколи близькі до підкорення Марса. І справа навіть не в амбітних планах урядових агентств і приватних компаній, а в технологіях, які дозволяють моделювати фізичні процеси. Зараз фахівці мають такі системи інженерного аналізу, які дозволяють віртуально протестувати кожну деталь конструкції перш, ніж перші гвинтики зійдуть із заводського конвеєра або вийдуть із сопла 3D-принтера.
Система моделювання: перевірка корабля Orion
Саме такі розрахунки перетворили будівництво корабля Orion, який повинен доставити людей на Червону планету, з неможливо дорогого проекту в просто дуже дорогий, з проекту на десятиліття - у справу найближчого майбутнього. Під час посадки космічного корабля Orion на поверхню Марса на нього будуть діяти колосальні сили, відтворити які в земних умовах просто неможливо. Прорахувати всі навантаження, які ляжуть на конструкцію, потрібно, зрозуміло, ще до того, як зважать двигуни першого ступеня ракети-носія. Для цього за допомогою пре- і постпроцесора Femap і МКЕ-рішучого NX Nastran від Siemens PLM Software була створена детальна модель корабля - всі три відсіки і їх стан на всіх етапах польоту. Зменшивши масштаб моделі, інженер може розрахувати тиск, який доведеться на кожну конкретну гайку або ділянку переборки. Збільшивши масштаб, можна розрахувати перевантаження, які ляжуть на всю систему разом з ракетою-носієм.
Інженер NASA за роботою над моделлю космічного корабля Orion в системі Femap.
Маючи систему моделювання, подібну до Femap, не потрібно будувати громіздкий і дорогий зразок корабля, щоб перевірити, які матеріали краще підійдуть для кожної деталі: їх можна підібрати, дивлячись на екран комп'ютера. Кілька кліків мишкою - і інженер може перевірити, як поведе себе в даному місці той чи інший сплав або пластик.
Спочатку перед творцями Orion стояло завдання максимально полегшити конструкцію без втрати міцності. Завдяки Femap це вдалося зробити, скоротивши початкову розрахункову вагу на чверть: вчені міняли матеріал на більш легкий у віртуальній моделі і дивилися, чи витримає вона очікувані навантаження. Ще 20 років тому потужність систем комп'ютерного моделювання фізичних процесів дозволяла розглянути для конструкції складної машини - наприклад, літака - не більше сотні варіантів навантаження. При розрахунку корабля Orion використовувалося близько 900 варіантів.
Ускладнившись всередині, програми моделювання придбали більш простий і зрозумілий інтерфейс, ніж на початку 90-х: тепер перед користувачем не жорстке креслення і не таблиця даних, а тривимірна модель, розфарбована у всі кольори веселки, а розподіл навантаження зображується кольором, розподіленим за градієнтом, як висоти і глибини на фізичній карті.
Аналіз і візуалізація теплопереноса в системі Femap.
Моделювання починається з геометрії. Креслення майбутніх машин та їх деталей створюються в CAD-системах. Однак у них можна тільки намалювати виріб, але не перевірити, як він поведе себе під навантаженням. Щоб подивитися, як машина або конструкція буде вести себе в роботі, використовують пре- і постпроцесори систем інженерного аналізу. Що можуть системи інженерного аналізу?
По-перше, вони вміють розраховувати динаміку. Крило літака або рухлива деталь двигуна працюють в русі, і програма може показати, як буде рухатися одна або відразу кілька деталей. По-друге, задавши властивості матеріалів, використаних у конструкції, можна швидко передбачити деформацію, якої піддасться вся система, якщо на неї подує сильний вітер або раптово обрушиться кілька G перевантаження. По-третє, якщо система гідравлічна або працює в рідинному середовищі, система інженерного аналізу змоделює рух рідини та її вплив на елементи конструкції. Можна також моделювати потоки повітря і будь-яких інших газів. У деяких програмах можна працювати і з температурами - аналізувати теплоперенос між середовищем і деталями конструкції, дивитися, яка частина найбільше нагріється в роботі, і підбирати більш-менш термостійкі матеріали.
ПО, без якого не запустити телескоп
Без спеціального ПЗ для розрахунку теплообміну так і залишилася б нереалізованою мрія всіх астрофізиків Землі - космічний телескоп Джеймса Вебба, який прийшов на зміну головному космічному дозорному людству - телескопу «Хаббл».
Під час збирання дзеркала телескопа Джеймса Вебба.
У телескопа Джеймса Вебба є дв "