В Институте вычислительного моделирования СО РАН в марте этого года завершился совместный пятилетний проект с Пекинским университетом аэронавтики и астронавтики: специалисты не только обучали молодых коллег, но и делились опытом, касающимся создания цифровой аэродинамической трубы.
Математические модели сейчас буквально захватывают весь мир: на компьютерах обсчитываются возможные варианты развития событий при стихийных бедствиях и катастрофах, системы безопасности, распространение атмосферных примесей — всего не перечислить. Электронный «мозг» способен решать сложнейшие задачи с множеством неизвестных, а человеческий разум придумывает все новые и новые условия, параметры и сферы применения.
«Можно сделать реальный аэродинамический обдув сложных элементов летательной конструкции или изделия целиком, но следует помнить, что каждый такой реальный эксперимент — это месяцы подготовки и анализа, а также высокая стоимость, — поясняет директор ИВМ СО РАН член-корреспондент РАН Владимир Викторович Шайдуров. — Он продолжается доли секунды, а обходится в сотни тысяч рублей. Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН обладает уникальными аэродинамическими трубами, но опыты на каждой из них можно позволить себе далеко не ежедневно. Математическое же моделирование, постоянно усваивающее настроечные данные, должно сделать так, чтобы бо́льшую часть экспериментов, особенно подготовительных, делать на вычислительных системах. Конечно, вычислительные методы не смогут полностью заменить реальный физический эксперимент. Однако международный опыт показывает: как следует из отчета компании «Боинг», удешевление разработок получается не очень значительное (10-15%), зато их ускорение – чуть ли не вдвое (до 40% экономии времени). Так что математика и математическое моделирование должны идти впереди физического эксперимента. На это и нацеливался наш проект».
Кстати, Пекинский университет аэронавтики и астронавтики был построен в 1952-м году как подарок советского народа. «Среди первых преподавателей было много выпускников МГУ. Многие из них до сих пор вспоминают при знакомстве русские слова», — отмечает Владимир Шайдуров.
Прежде всего, по словам Владимира Шайдурова, необходимо создавать эффективные (с приемлемой точностью) и экономичные методы. «С этой точки зрения двумерных задач нарешали уже много, надо переходить к трехмерным, а у нас в стране крайне мало групп вычислителей, которые способны создавать и использовать трехмерные нестационарные алгоритмы в аэродинамике, — комментирует ученый. — Дело в том, что и дискретных уравнений, и неизвестных в них — миллиарды в каждый момент расчетного времени, а еще нужно проследить их развитие во времени. Поэтому тут потребовались новые, более адекватные способы и варианты, чем те, которые были развиты до этого. Еще один момент: математические модели сначала имелись довольно простые, затем постепенно усложнялись, но до сих пор в некоторых случаях недостаточно близки к реальности — «привирают» с погрешностью от 10 до 20%. Так что в первую очередь нужно совершенствовать математические модели и вычислительные методы. А при их реализации в виде алгоритмов необходимо еще учитывать архитектуру используемых систем, поскольку на одном компьютере с небольшим числом процессоров невозможно посчитать трехмерные нестационарные задачи. Так что в улучшении нуждаются и математические модели, и вычислительные методы, и программные комплексы. Приходится заниматься всеми тремя аспектами».
Кроме исследовательской кооперации, проект работал и на образование: проводились летние и зимние школы по обучению студентов, аспирантов и молодых специалистов в области компьютерных технологий и архитектур, параллельных вычислений, численных методов нижнего уровня, и, в конечном итоге — вычислительной аэродинамики. «Когда мы начинали, в этом образовательном направлении были практически единственной российской партнерской организацией, — рассказывает Владимир Шайдуров. — На следующем шаге были вовлечены сотрудники Сибирского федерального университета, а также Сибирского государственного аэрокосмического университета им. М. Ф. Решетнева (г. Красноярск). Затем присоединились сотрудники Московского физико-технического института». Помимо «массовых» образовательных мероприятий велась подготовка конкретных магистрантов и докторантов. Владимир Шайдуров отмечает, что один из его учеников уже стал профессором, пройдя стажировку сначала в ИВМ СО РАН, а затем — в США и Германии.
«За это время также получилось множество совместных публикаций, были проведены две большие и влиятельные международные конференции (обе прошли в Пекине)», — говорит ученый. Впрочем, уже согласовано, что летом 2016 года третья конференция состоится в Красноярске.
Екатерина Пустолякова
Фото автора
