Суперкомпьютер рассчитал конструкцию легкого и прочного крыла самолета

Группа исследователей из университета Дельфта (Delft University) и датского Технического университета (Technical University of Denmark) реализовала принципиально новый подход к делу конструирования крыльев самолетов следующего поколения. А первое же применение этого подхода сразу же «выдало на гора» конструкцию крыла, которое на 2-5 процентов легче, нежели крылья, сконструированные традиционным способом. Для расчетов конструкции нового крыла использовалась вычислительная мощность и другие ресурсы одного из современных суперкомпьютеров, и точно такой же подход может быть использован при конструировании различных механических деталей и узлов.

Одним из методов оптимизации конструкторских разработок, который пытались использовать инженеры и ученые, носит название морфогенез. Сначала берется некоторая обобщенная конструкция будущей детали и в нее начинают вноситься более мелкие детали, изменения и усовершенствования. При этом, конструкторам приходится постоянно искать компромиссы, уравновешивая множество различных факторов, таких, как функциональность, прочность, вес, производственные затраты и т.п.

В свое время для ускорения конструкторской работы был разработан ряд программных алгоритмов, реализующих метод морфогенеза. Но все они требуют огромных вычислительных мощностей и применяются, в основном, для разработки конструкций простых и небольших деталей. Однако, датские исследователи разработали новый программный инструмент, предназначенный для работы на суперкомпьютере, и он уже позволяет конструировать достаточно большие детали и узлы.

Для представления трехмерных объектов используются так называемые воксели (Voxels), которые представляют собой участки трехмерного пространства минимального размера. Подобно тому, как количество традиционных пикселей определяет разрешающую способность экрана, так и количество вокселей определяет разрешающую способность трехмерной модели какого-нибудь объекта. Новое программное обеспечение трехмерного моделирования и конструирования работает с разрешающей способностью более миллиарда вокселей.

Для демонстрации эффективности работы нового программного обеспечения морфогенетического конструирования датские исследователи произвели расчет конструкции крыла самолета. Расчет, в котором было задействовано 8 тысяч процессоров суперкомпьютера, продолжался несколько дней, а в его результате на свет появилась конструкция со столь необычными элементами, создать которые не пришло бы и в голову самому опытному и творческому человеку-конструктору. Как уже упоминалось выше, вес нового крыла на 2-5 процентов ниже, чем вес традиционных крыльев. В реальном мире это позволило бы сократить вес авиалайнера Boeing 777 на 200-500 килограмм. Это, вроде бы и не очень много, но такое снижение веса приведет к экономии от 40 до 200 тонн топлива ежегодно каждым таким самолетом.

К сожалению, изготовление крыла с конструкцией, рассчитанной суперкомпьютером, физически невыполнимо с учетом имеющихся в распоряжении людей методов механической обработки, сборки и производства. Тем не менее, все это является демонстрацией нового подхода к конструированию различных деталей и узлов, а одним из условий оптимизации в методе морфогенеза может являться совместимость будущей конструкции с существующими производственными методами.