Анатолий Александрович Дядькин вместе с другими выдающимися конструкторами и инженерами принимал участие в создании советской и российской космической техники. В преддверии 12 апреля мы попросили его рассказать нашим читателям о роли численных методов в космонавтике, поведать о своей личной истории и истории расчетного отдела в РКК «Энергия» и дать напутствие молодым инженерам. Получился интересный рассказ об аэродинамическом и термодинамическом направлении в космонавтике и даже целый срез эпохи.
На протяжении многих лет компания ТЕСИС сотрудничает с отделом аэрогазодинамики и теплообмена ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва», возглавляемым А. А. Дядькиным, выполняя различные расчетные и научно-исследовательские работы. С совместными научными публикациями по результатам выполненных работ вы можете познакомиться в разделе «Примеры использования FlowVision».
Мы благодарим Анатолия Александровича за многолетнее и продуктивное сотрудничество! Программный комплекс FlowVision во многом развивался благодаря задачам космической отрасли, а нашим инженерам всегда было и будет очень интересно работать над сложнейшими задачами отрасли.
– Анатолий Александрович, как Вы пришли в РКК "Энергия" и чем занимались в корпорации?
– В 1959 году, после окончания школы, поступил в Московский авиационный институт на факультет «Самолетостроение», который в процессе обучения разделился и из него выделился факультет «летательных аппаратов». С детства увлекался авиамоделизмом и учась в Ленинграде в школе № 30 (известная школа на Васильевском острове) мечтал стать авиаконструктором. Самостоятельно принял решение и поехал поступать в Москву.
Наше поколение 40-х пережило много потрясений в истории страны. Мы - непризнанные «дети войны» (к ним причисляют по финансовым признакам), стали «жертвами» Хрущёвской реформы образования - «совмещение умственного и физического труда» (как оказалось впоследствии, она имела большой смысл, особенно анализируя современное состояние системы высшего образования). В 1954 году было принято решение об объединении «мужских и женских» школ - мальчишки и девчонки стали обучаться совместно. Сначала было некомфортно, особенно учитывая то, что школа № 30 с дореволюционных времен числилась женской гимназией. В момент окончания школы в г. Сыктывкаре, куда по распоряжению Совмина был направлен на работу отец, началась Косыгинская реформа - расформировывались министерства и создавались Совнархозы. В результате два года, совпавшие с учёбой в 9 и 10 классах, проживал в отдельности от родителей. И рано начал принимать самостоятельные решения. 60е -70е годы – это время студенческих летних отрядов и освоения целинных и залежных земель Казахстана.
Четыре месяца мы строили курятники в совхозе «Комсомольский» на станции Тасты-Талды и по ночам наблюдали запуски ракет с Байконура. А потом наступили прекрасные годы триумфа нашей страны в космосе, к чему мы начали иметь непосредственное отношение. Провальные 90-е, чехарда и запустение в космической отрасли происходили на глазах современников. С приходом Путина В.В. появилась надежда на её возрождение.
После разделения факультета МАИ я случайным образом (нас никто не спрашивал о наших желаниях) оказался на факультете летательных аппаратов на кафедре 601 зенитных управляемых ракет. Перед распределением на дипломную практику, по совету Панкратова Б.М., попросил перевести меня на кафедру 602 баллистических ракет (право выбора у меня было как у претендента на красный диплом) и направить меня на написание диплома в ОКБ -1. В силу секретности о нем мало что было известно. Как показала дальнейшая жизнь, случайный выбор оказался правильным.
Вообще в жизни многое решают случайности, и хорошо, что зачастую они приводят к успеху. Так же случайно в ОКБ-1 под руководством С.П. Королева (шёл 1964 год) был направлен в отдел аэрогазодинамики и теплообмена под руководством д.т.н., профессора В.Ф. Рощина. Вот так из череды случайностей сложилась счастливая логическая цепочка.
В результате я проработал в этом отделе с 1964 по 2018 год в должности старшего техника, инженера, ведущего инженера, старшего научного сотрудника, руководителя группы аэродинамики средств выведения, начальника сектора аэрогазодинамики и начальника отдела аэрогазодинамики, теплообмена и акустики - ведущего научно - технического отдела РКК «Энергия». Последовательное движение по служебной лестнице существенно обогащает знаниями и пониманием сложных взаимоотношений между подразделениями внутри организации, без чего невозможно успешное решение сложных многогранных производственных процессов. Важно не только доскональное понимание собственных задач, но и то, как твоими результатами воспользуются потребители – проектанты, конструкторы, баллистики, управленцы, прочнисты и т.д. Наши учителя всегда учили, что максимальное количество ошибок и аварий обусловлено слабым взаимодействием на стыке специальностей и дисциплин.
А.А. Дядькин рядом с макетом ракетоносителя Энергия, аэродинамике которого он и его отдел посвятили много лет своей жизни.
Сергей Павлович Королёв большое внимание уделял научной стороне работ, которые велись на предприятии. В отделе, насчитывавшем в те времена 135 человек, работало больше 30 кандидатов и докторов наук. Молодёжь стремилась к научным исследованиям несмотря на колоссальную загрузку текущими вопросами. В те времена было нормой заканчивать рабочий день не по звонку, а в 8-9 часов вечера, если этого требовала обстановка. Отдел был молод, и сотрудники в возрасте 40 лет числились ветеранами. Велись напряженные работы по отработке изделия Н-1 (РН для Лунной программы), боевой твердотопливной ракеты шахтного базирования 8К-98 и нового спускаемого аппарата «Союз». К сожалению С.П. Королёв не дожил до первых пусков Н-1, успешной сдачи на вооружение РН 8К98 и полёта СА «Союз».
Свой диплом я писал по теме «Проектирование твёрдотопливной 3-ступенчатой ракеты шахтного базирования, аналогичной РН 8К98». Специальной частью являлась разработка поворотного сопла первой ступени с использованием графитовых материалов.
Руководительницей проекта была назначена будущий доктор технических наук легендарная «бабушка» Лея Борисовна Кизнер, принимавшая участие в создании «Катюши» в части отработки твердого топлива. Впоследствии она, жена поэта, эмигрировала в США, где издала интересную книгу об истории своей работы в ГИРД и в ОКБ -1. Под её руководством, помогая ей решать задачу газодинамики шахтного старта с использованием воды, узнал, что такое энтальпия, энтропия и про типы порохов на практике. В 1965 гору после успешной защиты дипломного проекта я был распределён в этот же отдел на работу, чему рад по сегодняшний день. Благодаря общению с неординарными личностями – сотрудниками отдела и многочисленными смежниками, с которыми сотрудничало ОКБ, накапливался необходимый объём знаний. Кстати, РН 8К98 выставлена на площадке музея артиллерии в г. Пермь, чему был приятно удивлён, посещая с группой сотрудников нашего отдела этот город.
Мой приход в отдел совпал с его реорганизацией, частично связанной с неудачами в отработке Н-1. Начальником отдела был назначен будущий д.т.н. профессор Решетин А.Г., и была создана группа аэродинамики средств выведения под руководством будущего к.ф.-м.н. Иванова Виктора Фомича, которого считаю своим учителем. Уникальный специалист, участник ВОВ, выпускник Казанского университета, успешно решивший под руководством будущего академика О. М. Белоцерковского методом характеристик задачу определения аэродинамических характеристик (АХ) создаваемого спускаемого аппарата «Союз» на гиперзвуковых скоростях. Эти результаты легли в основу документации по аэродинамике корабля. На основе этих результатов в последующем к.т.н. Душин Владимир Константинович дал прогноз по влиянию физико-химических процессов на аэродинамические характеристики при спуске аппарата с орбиты. Виктор Фомич был прекрасным аналитиком и заканчивая военную службу в тогда еще нищем Китае, дал уверенный прогноз великого будущего страны.
Слева направо: академик РАН Легостаев В.П., академик РАН Черток Б.Е., Дядькин А.А., академик РАК им. Циолковского Решетин А.Г.
Под руководством В.Ф. и при его участии первые годы работы в отделе, вплоть до 1972 года, я занимался разработкой инженерного метода прогнозирования АХ РН произвольной формы ввиду отсутствия в отрасли каких-либо расчётных методов. Все задачи решались экспериментально. Работа была завершена примерно в 1970 году созданием инженерного метода и разработкой программы «Aeros», которая до настоящих дней успешно используется в РКК «Энергия» для оперативной оценки характеристик создаваемых перспективных РН.
В последующем в роли исполнителя и руководителя участвовал в создании системы «Энергия – Буран» и её модификаций (6СЛ- первый пуск РН «Энергия», РН «Энергия-М» - малая на грузоподъемность примерно – 30т), в разработке и отработке системы «Морской старт», в создании модулей МКС, обеспечении интеграции и запусков аппаратов по программе «Морской старт» ( ~30 аппаратов ), в работах по перспективным РН и пилотируемым транспортным кораблям (ПТК) нового поколения и др.
С 2018 года я на заслуженном отдыхе. В процессе работ по изделиям руководил внедрением в отделе численных методов расчёта аэрогазодинамических характеристик изделий разного назначения во взаимодействии с коллективом ТЕСИС, CadFlo, ЦАГИ, ЦНИИМаш, ИТПМ и др.
– Когда человечество сможет покинуть свою колыбель?
– Не задумывался серьёзно над этим вопросом. Слишком много проблем на Земле. А также считаю, что многие проблемы будущего человечества надуманы, особенно «зелёными».
Везде просматривается финансовая заинтересованность авторов гипотез. Думаю, в ближайшие 100-200 лет ни технические, ни финансовые возможности, а также отсутствие сотрудничества между странами и народами не позволят сделать это.
– Зачем нужны численные методы в космонавтике? Какова их область применения?
– Долгое время, вплоть до 70х годов, из-за отсутствия каких-либо расчётных методов, пригодных для практического применения при создании реальных изделий, все вопросы определения АХ, газодинамических и акустических воздействий решались экспериментальным путём на моделях в аэродинамических трубах и подтверждались летными испытаниями (а зачастую и не подтверждались). Для отработки изделий и сдачи их в эксплуатацию предусматривалось 5-10 машин-прототипов. С началом разработки дорогостоящей системы «Энергия-Буран» академиком Глушко В.П., в то время руководителем НПО «Энергия», было выдвинуто требование максимальной отработки всех вопросов в наземных условиях. Выделялись огромные средства, включая затраты на методические исследования, что позволило иначе взглянуть на использовавшиеся до того подходы. Для экспериментальной отработки такой сложной системы потребовалась разработка уникальных моделей, таких как:
- дренажная модель для определения давления на поверхности орбитального корабля (ОК) и блоков с измерениями в 1200 точках (М1:50);
- дренажная модель с 600 точками измерения на поверхности и имитацией истечения струй холодным воздухом высокого давления (М1:50);
- стендовая газодинамическая модель изделия масштаба М1:30 и стартового сооружения для исследования акустических воздействий на ОК и блоки РН, и разработка модельных двигателей, работающих на реальных компонентах топлива;
- модель М1:120 с универсальным стендом УСП для имитации отделения ОК от РН от в нештатных ситуациях в аэродинамических трубах ЦАГИ;
- множество моделей системы и ОК разного масштаба в аэродинамических трубах ЦАГИ, ЦНИИМаш, ИТПМ и других организациях.
Внешние обводы космической головной части с пилотируемым транспортным кораблем и ракетным блоком аварийного спасения. Источник: Инженерные системы – 2013: Труды Международного форума: Москва, 15–16 апреля 2013 г. / Инжиниринговая компания — 213 с.
Поле плотности после срабатывания системы аварийного спасения (САС). Необходимо оценить ударные нагрузки от струй двигателей САС на пилотируемый аппарат. Источник: Инженерные системы – 2013: Труды Международного форума: Москва, 15–16 апреля 2013 г. / Инжиниринговая компания — 213 с.
Организация и проведение испытаний, изготовление материальной части и оснащение моделей необходимым измерительным оборудованием требовали не только колоссальных финансовых, но и временных затрат, что критично в связи с регламентированными сроками разработки изделий. Кроме того, экспериментальные исследования в известной степени мало информативны, что связано с ограничениями по количеству средств измерений, установленных на моделях и ограниченными программами испытаний (числом испытаний) в связи с их высокой стоимостью, длительностью и загрузками АТ работами других организаций.
Кроме того, в наземных исследованиях не могут зачастую быть реализованы условия натурного полёта. В частности, не удаётся добиться подобия по числам Rе, провести испытания струйные с использованием «горячих» струй, смоделировать физико-химические процессы, реализующиеся при гиперзвуковом полёте аппаратов.
Всё это стимулировало работы по разработке численных методов и внедрению их в промышленную практику как у нас в стране, так и за рубежом. Важны были не только методы расчёта, но и соответствующие программные продукты, доступные пользователям в промышленности. Удачное стечение обстоятельств - бурное развитие вычислительных средств (включая появление персональных компьютеров), разработка перспективных методов расчёта совпали со временем. Демонстрация разработчиками на конференциях с участием промышленности возможностей первых программных комплексов стимулировала желание разработчиков изделий внедрить программы в промышленность.
Привлекала возможность оперативного получения необходимой информации, чрезвычайно высокая информативность численных исследований - не только данных в отдельных точках, но и полей параметров течения и способов их наглядного отображения. Знание полей течения и структуры течения существенно упрощало анализ интегральных характеристик и параметров, полученных в физическом опыте. Появилась реальная возможность получения хотя бы предварительной информации в течение 2 – 3 месяцев вместо 1- 2 лет по результатам испытаний.
Работы, выполненные в последние 5-10 лет, показали, что использование численных методов позволяет решать сопряженные (совмещенные) задачи - анализировать динамику движения совместно с определением АХ в процессе движения, исследовать посадку аппаратов с работающими двигателями на воду в условиях морского волнения и т.д.
Моделирование взаимодействия поверхности воды с реактивными струями посадочных двигателей возвращаемого аппарата. Источник: Инженерные системы–2016: Труды Международного форума: Москва, 4–5 апреля 2016 г. / Инжиниринговая компания «ТЕСИС». – М.: МАКС Пресс, 2016. – 200 с.
На мой взгляд, область применения численных методов не ограничена. Однако это требует значительного совершенствования расчётных методов. Современные математические методы не полностью адекватны исследуемым физическим процессам, в частности в вопросах учета вязкости, физико-химических процессов при гиперзвуковых скоростях и т.д.
– Можно ли доверять численным методам в космосе? Ведь стоимость ошибки велика.
– Многолетний опыт тестирования различных программных комплексов, применяемых в РКК «Энергия», с использованием экспериментальных и натурных данных позволяет констатировать следующее:
- Достоверность данных, получаемых в модельном эксперименте и в расчете, одинакова.
Это утверждение подтверждается практическим совпадением доверительных интервалов АХ, получаемых обоими методами для изделий самого разного назначения:
- моноблочной РН типа «Зенит 3SL»;
- сегментально – конических аппаратов типа «Союз», «Apollo», «Orion», ПТК;
- космических головных частей для различных ракет (моно и многоблочных).
Под доверительными интервалами понимается полоса разброса номинальных данных, получаемых на геометрически подобных моделях разного масштаба в разных аэродинамических трубах с учетом погрешностей определения характеристик в отдельном опыте. Аналогично расчетный доверительный интервал формируется разбросом номинальных значений, получаемых с использованием различных программных комплексов и погрешностями определения номинальных значений в каждом конкретном расчете.
Прошло время, когда экспериментаторы и расчетчики выясняли, чей результат правильный. И в том, и в другом случае имеет место некорректная постановка задачи, чем и обусловлен разброс номинальных значений характеристик.
В расчётах некорректность определяется используемыми в разных ПК математическими моделями, а в опытах - влиянием подвесных устройств - державок, загрузкой рабочих частей труб моделями, несоблюдением подобия по числу Re и т.д.
Утверждение одинаковой достоверности расчётных и экспериментальных данных принято и американцами при формировании исходных данных по аэродинамике для корабля «Orion» на основе анализа, аналогичного анализу РКК «Энергия», с использованием данных по Apollo.
Моделирование приводнения возвращаемого аппарата
Источник: Форум «Инженерные системы-2016», доклад «Расчет гидродинамических воздействий на возвращаемый аппарат при посадке на воду». Жаркова В.В., Щеляев А.Е. (ООО «ТЕСИС»), Павлов А.О., Дядькин А.А., Симакова Т.В. (ОАО «РКК Энергия»).
– Можно ли совсем отказаться от экспериментов?
– Необходим комплексный подход, в основе которого лежит использование экспериментальных и расчётных данных с принятием постулата их одинаковой достоверности. Нельзя ни один из подходов принимать за истину. С помощью расчётных исследований удается объединить и исправить аномалии в полученных экспериментальных результатах.
Высокая информативность расчетных исследований позволят объединить особенности обтекания конфигурации с использованием данных по полям течения. Оперативное получение даже предварительных данных позволяет в ряде случаев отказаться от неправильно принятых проектных решений на ранних стадиях разработки и избежать тупиковых ситуаций на завершающей стадии работ.
– Какие самые интересные задачи Вам приходилось решать с помощью FlowVision?
– Многолетнее плодотворное сотрудничество с разработчиками программного комплекса FlowVision началось в 1994 году и продолжается по настоящее время.
Сотрудничество со специалистами фирмы «ТЕСИС», разработчиками ПК «FlowVision», началось еще в стенах Института автоматизации проектирования РАН, когда в России еще не было своих коммерческих программных продуктов. Началось с исследований по аэродинамике, необходимых для проектирования стартовой платформы с ангаром, и создания ракеты морского базирования «Зенит- 3SL» в рамках международного проекта «Морской старт». В условиях отсутствия финансирования и дефицита времени были получены все необходимые данные, которые использованы при разработке проекта и прекрасно подтверждены многочисленными успешными пусками.
В последующем были решены многие не просто интересные, а уникальные задачи:
- Исследования АХ перспективного пилотируемого аппарата с работающими тормозными ДУ, струи которых истекают навстречу набегающему трансзвуковому потоку (позже аналогичная задача решалась Илоном Маском применительно к многоразовому РН).
- Исследование причин аномальных ситуаций с ангаром «Морской платформы» при пусках с выдачей и реализацией предложений по их устранению.
- Исследование интегральных и распределенных круговых (α = 0÷180°) аэродинамических характеристик пилотируемого транспортного корабля (ПТК) нового поколения:
- в форме «несущий корпус»;
- в самолетной конфигурации;
- в форме трансформера в диапазоне чисел Маха от 0,3 до 10,00.
- Исследования динамики движения и гидродинамических воздействий на возвращаемый аппарат (ВА) с работающими тормозными двигательными установками (ДУ) при посадке на воду с условиями морского волнения.
- Исследования АХ и динамики движения крышки люка парашютного контейнера относительно ВА в процессе отделения на дозвуковых скоростях.
Моделирование отстрела с помощью пиропатронов крышки люка парашютного отсека. Необходимо обеспечить быстрое удаление крышки от возвращаемого аппарата при разных углах входа в атмосферу.
Источник: Аксенов А.А., Дядькин А.А., Москалев И.В., Петров Н.К., Симакова Т.В. Компьютерное моделирование течения и относительного движения возвращаемого аппарата и крышки люка парашютного контейнера в процессе их разделения на участке спуска// Космическая техника и технологии № 2 (9)/2015
- Исследования структуры течения термостатирующего воздуха внутри многосвязных негерметичных отсеков КГИ, РБ и ПО РН «Зенит 3SL» при наземной подготовке с целью обеспечения потребного теплового режима приборов.
- Выбор формы и конструкции газодинамических выходных устройств системы подачи термостатирующего воздуха в отсеки с потребными (заданными) параметрами на выходе.
- Оптимизация обводов ВА типа несущий корпус с целью получения максимального аэродинамического качества на гиперзвуковых скоростях.
- Моделирование причин перегрева аккумулятора на одном из модулей МКС с выработкой предложений по доработке конструкции на летающем модуле и их реализация.
- Обучение студентов МАИ, Физтеха, МГТУ промышленному использованию FlowVision.
– Что важнее сегодня: уровень квалификации инженера-расчетчика или характеристики расчетного инструмента?
– Разработчик расчётного инструмента и его модификаций должен гарантировать его надёжность и повторяемость результатов по мере его развития. Возможна совместная работа пользователя и разработчика по тестированию инструмента, что упрощает проверку и способствует своеобразному обучению пользователя оптимальному применению программного комплекса.
К сожалению, сегодня сложилась ситуация, когда студентов обучают пользованию конкретными программными комплексами и основам численного моделирования. Но не преподают основы «промышленной аэродинамики», задачей которой является формирование на основе всей расчетной и экспериментальной информации исходных данных по аэродинамике для решения всего комплекса задач проектирования. В результате исчезают специалисты «инженеры-расчетчики», и зачастую расчётчик плохо понимает достоверность полученных результатов и для чего и как они будут использованы потребителями.
– Что бы Вы посоветовали будущим и начинающим инженерам, которые хотят оставить след если не в космосе, то на стартовой площадке?
– Будущим аэродинамикам в области «Промышленной аэродинамики»:
- относиться ко всему критически - не доверяя в равной мере как опыту, так и расчёту;
- не делать «открытий» там, где их нет, но и не отметать то, что на первый взгляд кажется невозможным (невероятным);
- чаще общаться с коллегами и смежниками - учиться никогда и ничему не поздно и не вредно;
- Не спешить!!!
Несмотря на спешку (требования начальников), не торопитесь нести на подпись руководству подготовленные вами отчёты и документы. Просмотрите их ещё раз на следующий день на свежую голову.
Наверняка обнаружите если не ошибки, то практически точно - недочёты.
У Решетина Андрея Георгиевича была привычка не подписывать с первого раза наши отчёты. Он, как многоопытный специалист и руководитель, принимавший участие в разборе причин многих аварий, говорил: «Документ должен вылежаться», и этим принципом он руководствовался при приеме наших работ. И практика показала, что часто он был прав. Частые ошибки влекут за собой недоверие к результатам твоего труда в последующем.