1. Назначение и круг решаемых задач

1.1. Назначение системы PRADIS

PRADIS (ПРАДИС) — это интегрированная платформа сквозного инженерного моделирования и анализа, предназначенная для поддержки процессов проектирования, виртуальных испытаний и научных исследований в области высокотехнологичных изделий.

Основная миссия системы — обеспечить возможность создания, управления и выполнения сложных многодисциплинарных вычислительных моделей в единой информационной среде. Это позволяет перейти от изолированного анализа отдельных компонентов к комплексному моделированию всего изделия на всех этапах жизненного цикла.

Ожидаемые эффекты от внедрения:

• Сокращение сроков проектирования — автоматизация рутинных операций, повторного использования моделей, параллельных вычислений.

• Снижение затрат — замена натурных испытаний высокоточными виртуальными аналогами (цифровыми двойниками).

• Повышение качества — исследование большего числа вариантов и анализ предельных режимов, опасных в реальных условиях.

• Согласованность данных — устранение ошибок при передаче информации между различными инженерными дисциплинами.

Целевые пользователи системы:

• Системные инженеры

• Специалисты по расчётам: прочнисты, динамики, теплофизики, аэродинамики

• Разработчики алгоритмов управления

• Руководители проектов и ответственные за проведение виртуальных испытаний

1.2. Круг решаемых задач

1.2.1. Область моделирования

• Механика деформируемого твёрдого тела и прочность:

  • Статический/динамический прочностной анализ

  • Линейный и нелинейный анализ

  • Модальный анализ

  • Устойчивость

  • Усталостная долговечность

• Теплофизика и термомеханика:

  • Стационарный/нестационарный тепловой анализ

  • Теплопроводность, конвекция, радиация

  • Сопряжённый теплообмен

  • Термоупругость

• Гидрогазодинамика (CFD):

  • Дозвуковые и сверхзвуковые течения

  • Внутренние и внешние задачи аэродинамики, расчёт характеристик

• Динамика многомассовых систем:

  • Кинематика и динамика механизмов

  • Управляемые движения

  • Исследование устойчивости движения

• Системное моделирование:

  • Алгоритмы управления, логика работы бортовых систем

  • Анализ надёжности и безопасности систем

1.2.2. Ключевая особенность: многодисциплинарное и сквозное моделирование

Главное преимущество PRADIS — возможность объединения моделей из разных физических областей в единый вычислительный контур для решения сопряжённых задач:

• Аэроупругость: взаимодействие аэродинамических нагрузок, упругих деформаций и динамики конструкции

• Термопрочность: влияние неравномерного нагрева на напряжённо-деформированное состояние

• Gas-Thermal-Structural анализ: совместный расчёт газодинамики, теплоотдачи и термических напряжений (для двигателей)

1.2.3. Уровни моделирования

PRADIS поддерживает анализ на всех иерархических уровнях:

1. Компонентный уровень: деталь, узел (лопатка турбины, шпангоут, элемент корпуса)

2. Подсистемный уровень: агрегат или система (топливная система, система управления двигателем, шасси)

3. Системный уровень: изделие в целом (самолёт, ракета-носитель, автомобиль)

1.3. Сквозной рабочий процесс в PRADIS

Создание расчётной модели не требует ручного написания кода и состоит из следующих этапов:

1. Графическое моделирование («Схемотехника»)

   Пользователь перетаскивает компоненты из встроенных библиотек (гидравлика, пневматика, механика, электрика, автоматика) на рабочее поле и соединяет их через специальные точки — порты/потенциалы.

2. Автоматическая генерация уравнений

   При соединении компонентов препроцессор автоматически «состыковывает» их математические описания в единую систему дифференциальных и алгебраических уравнений (ДАУ), избавляя инженера от ручного вывода формул.

3. Параметризация и задание условий

   Определяются физические свойства материалов, геометрические и эксплуатационные характеристики, граничные условия, начальные состояния и внешние воздействия (ступенчатые, синусоидальные, произвольные зависимости).

4. Подготовка и валидация данных

   Препроцессор генерирует входные файлы для решателя (Python-скрипты, PPL/PSL-файлы), проводит проверку корректности модели (отсутствие «висящих» узлов, типы данных) и оптимизирует структуру данных.

5. Расчёт и постобработка

   Настраиваются параметры решения (метод интегрирования, шаг, критерии сходимости). После запуска расчёта автоматически открывается постпроцессор для анализа результатов и просмотра журналов выполнения (SYSPRINT.txt).

1.4. Препроцессор PRADIS: интерфейс и возможности

1.4.1. Назначение

Препроцессор — интерактивная графическая среда для формирования и подготовки расчётной модели. Его задача — преобразовать интуитивно понятное графическое представление системы в машиночитаемый формат для решателя.

1.4.2. Ключевые функции препроцессора

Функция	Описание
Геометрическое моделирование	Создание/редактирование геометрии, импорт из САПР, упрощение и адаптация модели под расчёт
Параметризация	Определение свойств материалов, задание постоянных и переменных параметров, характеристик элементов
Граничные условия	Задание условий на границах, начальных параметров, внешних воздействий и контактных взаимодействий
Подготовка данных	Формирование входных файлов, оптимизация структуры, проверка полноты и непротиворечивости
Визуализация	Графическое представление структуры, визуальная проверка корректности, интерактивное редактирование
Организация расчёта	Настройка методов решения, точности, критериев сходимости и последовательности этапов

1.4.3. Структура основного окна

• Меню и панель инструментов — доступ ко всем командам и быстрым действиям

• Главное прикрепляемое окно — вкладки «Проекты» (управление файлами) и «Компоненты» (библиотеки)

• Панель компонентов — перечень доступных библиотек моделей

• Рабочая область — поле для построения схем с разметкой для выравнивания элементов

1.5. Отраслевая применимость

• Авиация и космонавтика:

  • Моделирование систем управления полётом и автопилота

  • Гидравлические, пневматические, топливные системы

  • Прочность планера, шасси, анализ флаттера

  • Тепловые расчёты при входе в атмосферу

  • Динамика отделения ступеней и сброса нагрузки

• Двигателестроение (авиационные, ракетные, промышленные):

  • Газодинамический анализ проточной части

  • Прочностной и модальный анализ роторов и лопаток

  • Теплонапряжённое состояние камер сгорания и сопел

  • Анализ критических скоростей и балансировка

• Автомобилестроение и транспорт:

  • Тяговый расчёт, трансмиссия, подвеска

  • Задачи NVH, устойчивости и управляемости

  • Климатический и аэродинамический анализ

  • Термомеханика тормозов, краш-тесты

  • Калибровка бортового ПО и электрический баланс

• Общее машиностроение:

  • Анализ нагрузок на несущие конструкции

  • Проектирование электро- и гидроприводов

  • Моделирование технологических машин

  • Виброизоляция, оптимизация массы деталей

  • Отладка ПО для станков с ЧПУ

PRADIS представляет собой универсальную среду, объединяющую подходы системной инженерии и технологию цифровых двойников.

Интуитивно понятный графический интерфейс, автоматизированное формирование математических моделей и поддержка многодисциплинарных сопряжённых задач делают платформу мощным инструментом для комплексного виртуального моделирования сложных технических систем на всех этапах их создания и эксплуатации.