Расчёт на науку
В 2024 году в Московском авиационном институте открылся второй корпус центра обработки информации – суперкомпьютера, который в четыре раза увеличил вычислительные мощности университета – со 150 до 600 терафлопс. Это позволило существенно нарастить объём научно-исследовательских работ в области математического моделирования.
Суперкомпьютерный кластер МАИ развивается в рамках стратегического проекта «Будущие аэрокосмические рынки — 2050», который университет реализует как участник программы «Приоритет-2030». Сегодня МАИ входит в десятку российских вузов с самыми мощными суперкомпьютерами. Огромные вычислительные ресурсы позволяют университету решать большой пул сложнейших практических задач в интересах авиационно-космической отрасли.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АМБИЦИОЗНЫХ ЦЕЛЕЙ
Ежегодный финансовый объём научно-исследовательских работ, реализуемых в МАИ с использованием математического моделирования, превышает 350 млн руб. Сегодня новый корпус суперкомпьютера задействован в проектах, связанных с SJ-100, ШФДМС, МС-21, Aurus-6000, Ми-171А3, Российской орбитальной станцией, ЛМС-901, Ту-204, разработкой деталей двигателей ПД-8 и ПД-35.
— Большинство современных методов проектирования летательных аппаратов и других сложных технических систем основано на суперкомпьютерных расчётах. Это касается исследования компоновок, определения аэродинамических характеристик, выбора конструктивно- силовых схем, анализа прочности, разработки бортовых систем и, в особенности, сопровождения сертификации. Необходимость ввода в эксплуатацию нового корпуса суперкомпьютера была продиктована ростом объёма работ, выполняемых МАИ по перечисленным выше направлениям, — рассказывает начальник лаборатории № 2 «Композиционные материалы и прочность конструкции» НИО-101 МАИ Егор Назаров.
Эффект от использования нового суперкомпьютера в МАИ для индустрии значительный: внедряются результаты сложных расчётов и новые методы решения задач проектирования, которые раньше были недоступны отрасли. Повышается безопасность эксплуатации летательных аппаратов, уточняются внешние нагрузки и растёт весовое совершенство конструкции, улучшаются аэродинамические характеристики на трансзвуковых режимах полёта, ускоряется и удешевляется сертификация, облегчаются техническое обслуживание, ремонт и поддержание лётной годности.
Вадим Кондаратцев, руководитель направления искусственного интеллекта и математического моделирования института № 8 «Компьютерные науки и прикладная математика» МАИ:
«В МАИ суперкомпьютерные мощности достигли уровня, необходимого для корректной валидации, верификации и сертификации летательных аппаратов. Чем больше ячеек в методе конечных объёмов или элементов мы можем считать единовременно, тем точнее получится наше решение. Чем больше у нас ядер, тем быстрее мы можем решить типовую задачу. Чем больше типовых задач мы решаем, тем скорее мы дадим ответ на вызовы, стоящие перед индустрией».
В СВЯЗКЕ С ИНДУСТРИЕЙ
В 2024 году на суперкомпьютере МАИ выполнялся широкий спектр задач в области авиастроения. В их числе — создание прототипа цифрового дела изделия авиационного предприятия, проведение работ при составлении методики расчёта прочности агрегатов, решение вопросов виброакустического совершенства летательных аппаратов, разработка стендов, необходимых для испытания бортовых систем. Кроме того, вычислительные мощности используются для проектирования нового административного пассажирского самолёта.
В области космических систем проведены исследования по воздействию внешних факторов на функционирование элементов космических аппаратов. Создан первый имитатор электроракетного двигателя, изготовленный с применением отечественной элементной базы, сформирован ряд совместных задач по Российской орбитальной станции.
— Один из уникальных проектов, реализуемых в МАИ,— цифровая платформа весового проектирования. Это программный продукт для сокращения сроков разработки изделия за счёт систематизации весовых данных в одном программном средстве. Он позволяет снизить риски, связанные с ошибками, возникающими в процессе создания изделия, за счёт контроля весовых параметров на каждом этапе в реальном времени. Уже заключено три лицензионных договора по поставке программного продукта: с АО «Компания «Сухой», ПАО «Яковлев» и РКК "Энергия«,— говорит директор института № 1 «Авиационная техника», начальник научно-исследовательского отдела кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» МАИ Дмитрий Стрелец.
Ещё один уникальный проект, для реализации которого требуются большие вычислительные мощности,— «Долговечность и ремонт композитных агрегатов». Работы по нему выполняются специалистами МАИ в кооперации с компанией «Юматекс», Пермским национальным исследовательским политехническим университетом, АО «Аэрокомпозит» и ООО «Научный подход» в интересах программ SJ-100 и МС-21 ПАО «Яковлев».
— Разработаны методики расчёта усталостной прочности композитных, металлических, а также смешанных металло- композитных конструкций с учётом различных моделей усталостного накопления повреждений. Впервые произведены испытания образцов полимерных композиционных материалов с квазислучайным спектром нагружения с использованием нового оборудования университета, — поясняет Егор Назаров.
Проводимые специалистами МАИ работы позволят сократить объём испытаний, направленных на отработку и обоснование технологий ремонта агрегатов из композиционных материалов, на 10–15%, а также снизить риск непредвиденных поломок в ходе испытаний и эксплуатации конструкций на 15%.
В интересах АО «РЕШЕТНЁВ» с использованием суперкомпьютерных мощностей в МАИ разработан микроэлектронный имитатор электроракетного двигателя, впервые изготовленный с применением исключительно отечественной элементной базы. Масса и габаритные размеры двигателя были снижены на 40% по сравнению с предыдущими аналогичными изделиями.
СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ МОЩНОСТИ ДЛЯ УЧЁБЫ
Новый корпус суперкомпьютера активно используется и в обучении — в практических работах студентов, причём несколькими разными способами.
Многие студенты являются сотрудниками подразделений, имеющих постоянный доступ к суперкомпьютерному кластеру МАИ, и пользуются им в рамках рабочих задач. Некоторые дипломные проекты таких студентов также прорабатываются с применением суперкомпьютера.
Помимо этого, в университете реализуется несколько магистерских образовательных программ, в том числе «Искусственный интеллект и суперкомпьютерное моделирование» (кафедра 806 «Вычислительная математика и программирование») и «Полимерные композиционные материалы» (институт № 14 «Передовая инженерная школа»), учебные планы которых содержат дисциплины, требующие суперкомпьютерных расчётов.
— Так как все наши проекты реализуются с применением суперкомпьютера, сегодня загрузка вычислительных мощностей университета очень высокая. Задачи растут и по сложности. Появляется новый класс задач, связанных с аэроупругостью, где происходит совместное моделирование и аэродинамики, и прочностных характеристик. Это позволяет более точно и в приемлемые сроки предсказать аэродинамические нагрузки и получить более лёгкую конструкцию, отказавшись от многочисленных дорогих и небезопасных натурных испытаний. Безусловно, в наших планах и дальше наращивать вычислительные ресурсы, — заключает Дмитрий Стрелец.
Анна Солдатова
