Одними из самых высокотехнологичных элементов современной аэрокосмической и военной промышленности являются высокоточные инерциальные навигационные системы (ИНС). Задачей таких систем, построенных на базе акселерометров и оптических гироскопов, является определение угловых скоростей, ускорений движущегося объекта, и в целом ориентации объекта в трехмерном пространстве.

Специфика моделирования ИНС заключается в том, что в области моделирования часто происходит как прямолинейное, так и вращательное движение, которое сильно влияет на работу этих систем и, соответственно, требует учета. В нашей статье мы коротко расскажем о том, что такое эффект Саньяка и как устройства на его основе можно численно исследовать в пакете COMSOL Multiphysics^®.

Чтобы избежать обнаружения радарами противника, современные истребители, корабли и ракеты должны иметь наименьшую эффективную площадь рассеяния (ЭПР). Учёные и инженеры, разрабатывающие такие малозаметные объекты, с помощью методик вычислительной электродинамики оптимизируют ЭПР и эффекты рассеяния произвольных объектов при использовании радаров. Рассматриваемый объект рассеивает падающие на него электромагнитные волны во всех направлениях, и часть энергии, возвращаемая к источнику электромагнитных волн в процессе т.н. обратного рассеяния, формирует своеобразное "эхо" объекта. ЭПР как раз является мерой интенсивности радиолокационного эхо-сигнала.

На практике применяют эталонную проводящую сферу в качестве объекта для калибровки радаров. Аналогичная постановка проблемы используется для верификации численного расчета ЭПР, поскольку решение данной классической задачи электродинамики было получено Густавом Ми еще в 1908 году.

В данной заметке мы расскажем о проведении такого эталонного расчета с помощью эффективной двумерной осесимметричной постановки, а также кратко отметим общие принципы решения широкого класса задач рассеяния в COMSOL Multiphysics^®.

При своей работе коробка передач, используемая для передачи энергии от двигателя к колесам, достаточно сильно шумит. Первая причина данного нежелательного эффекта состоит в том, что поперечные и осевые силы, возникающие в результате передачи энергии от одного вала к другому с помощью шестерни, оказывают нежелательное механическое воздействие на подшипники и корпус. Вторая причина — гибкость различных компонентов коробки передач, в том числе подшипников и корпуса, что также может приводить к вибрации. Переменная жесткость зубчатого сцепления в коробке передач вызывает постоянную вибрацию, передающуюся на корпус, который, в свою очередь, тоже вибрирует и передает энергию окружающей жидкости, например, трансмиссионному маслу, в результате чего в ней возбуждаются акустические волны.

Для эффективного снижения уровня шума в таких комплексных динамических системах на ранних стадиях проектирования инженеры-разработчики нередко прибегают к численному моделированию. Под катом на примере 5-ступенчатой механической синхронизированной коробки передач мы опишем и покажем методику такого исследования в COMSOL Multiphysics^®, включающего прочностной анализ механического контакта зубчатого зацепления, анализ динамики многотельной системы редуктора в сборе и акустический анализ шума, создаваемого работающей коробкой в окружающем пространстве.

В Большом адронном коллайдере (БАК), подземном ускорителе частиц длиной 27 километров, пересекающем границу между Швейцарией и Францией, два пучка частиц сталкиваются друг с другом, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света. Результаты высокоэнергетических столкновений дают нам информацию о фундаментальных взаимодействиях и простейших составляющих материи. Для того, чтобы удерживать пучки на круговой траектории внутри ускорителя, требуется постоянное воздействие магнитного поля. Отвечают за это сверхпроводящие дипольные магниты, которые с помощью сильного магнитного поля отклоняют пролетающий сгусток частиц на небольшой угол.

Разработка и поддержание работоспособности таких комплексных электротехнических систем — очень важная инженерная задача, в которой используются современные инновационные решения. В своей заметке мы расскажем о том, как с помощью мультифизического моделирования в COMSOL Multiphsycics^® инженеры Европейского центра ядерных исследований (CERN) исследовали переходные процессы в сверхпроводящих магнитах и магнитных цепях БАК для создания системы защиты от отказов, которая позволит избежать дорогостоящего простоя систем охлаждения коллайдера.

Современные автомобили оснащаются информационно-развлекательными мультимедийными системами со множеством функций: от подключения смартфонов до интерактивных сенсорных дисплеев и выдвижных экранов. Неизменным же и наиболее используемым компонентом подобного оборудования остается акустическая подсистема, и качество её звучания — одна из основополагающих и капризных характеристик. Акустическая картина в салоне зависит от целого спектра различных деталей и нюансов: расположения и направления динамиков, их монтажа, геометрических особенностей внутренней отделки и свойств материалов, выбранных при изготовлении автомобиля в целом.

Для каждой модели автомобиля требуется своя уникальная конфигурация, и специалисты по акустике и моделированию компании HARMAN — одного из лидеров данного рынка в премиальном сегменте — учитывают это в процессе разработки и тонкой настройки различных компонентов автомобильной акустики. Использование сочетания натурных физических экспериментов с численным моделированием на базе комбинации программных пакетов COMSOL^® и MATLAB^® позволяет инженерам компании ускорить разработку конечного решения, а также дает возможность испытывать прототипы аудиосистемы виртуально, до создания дорогостоящих физических образцов. Такой подход позволяет воплощать в жизнь все разумные требования заказчика и производить высококачественное кастомизированное акустическое оборудование в максимально сжатые сроки.

Инженеры отдела виртуальной разработки HARMAN поделились с нами некоторыми деталями своего рабочего процесса и рядом примеров разработок с экспериментальной валидацией результатов акустического моделирования.

Среди численных методов, используемых в процессе проектирования современных оптических компонентов, обычно выделяют две большие группы: универсальные полноволновые и приближенные. Выбор конкретного подхода зависит от соотношения моделируемого объекта с длиной волны и характера распространения электромагнитных волн.

Полноволновые методы, основанные на непосредственном решении волновых уравнений для компонент электромагнитного поля при заданных граничных условиях, обычно применяются для разработки оптических микро- и наноустройств. В то время как для проектирования макроскопических систем типа фокусирующих линз, интерферометров и монохроматоров используются приближенные методы. К ним, в частности, можно отнести геометрическую трассировку лучей.

В данной заметке помимо краткого разбора двух традиционных методов, мы расскажем о более новом подходе, который получил название "метод огибающей пучка" (beam envelope method), и обсудим его преимущества для задач вычислительной оптики.

В рамках нашего блога, помимо пользовательских историй и рассказов о функционале пакета, мы планируем освещать наиболее интересные события, посвященные численному моделированию и использованию пакета COMSOL Multiphysics^®.

Сегодня мы анонсируем основные нововведения предстоящего релиза COMSOL Multiphysics^® версии 5.3a, а также темы презентаций приглашенных докладчиков, запланированных на день COMSOL в Москве 26 октября.

Возникновение электрического дугового разряда на орбитальных спутниках трудно предсказуемо и часто приводит к отказу системы. Инженеры Института сильноточной электроники (г. Томск, Россия) используют мультифизическое программное обеспечение COMSOL Multiphysics^® для обнаружения критических областей возникновения пробоев, а также для оптимизации защиты бортового оборудования.