Поиск - новости науки и техники

Ум против шума. Конференция по вычислительной аэроакустике набирает обороты.

Встречи, споры, обмен идеями – важнейшие компоненты научного процесса, без которых он не может быть эффективным. Именно поэтому Российский фонд фундаментальных исследований с момента возникновения развивал такое направление поддержки исследовательской деятельности, как организация конференций. За это время РФФИ помог оформиться и встать на ноги большому числу научных форумов, среди которых есть настоящие уникумы. Среди них – проводимая Институтом прикладной математики (ИПМ) РАН им. М.В.Келдыша открытая Всероссийская конференция “Вычислительный эксперимент в ­аэроакустике”, которую иностранные участники уже на четвертом “шаге” признали одним из самых авторитетных мировых форумов по данному направлению. О том, как организаторам удалось вывести свою конференцию на столь высокий уровень и какие задачи она решает, “Поиску” рассказали директор ИПМ РАН академик Борис Четверушкин и заведующая Сектором вычислительной аэроакустики доктор физико-математических наук Татьяна ­Козубская.

– Аэроакустика – один из сложнейших разделов газовой динамики, изучающий звуковые поля, которые генерируются воздушным потоком и внешними источниками возмущений, – объясняет Борис Николаевич Четверушкин. – Для математического описания этих нелинейных процессов необходимы высокоточные численные методики и счет на самых современных компьютерах с использованием методов параллельного программирования. Решение зубодробительных технических задач с применением математической науки – деятельность для нашего института очень органичная. Институт прикладной математики был создан почти 60 лет назад для расчетов в рамках ракетно-ядерной тематики. Вычислительный эксперимент в аэроакустике также может быть использован для решения конкретных и очень актуальных на сегодня инженерных проблем – снижения уровня шума и повышения прочностных характеристик летательных аппаратов. Но фундаментальная составляющая здесь тоже очень важна: работа по этому направлению способствует развитию математического аппарата самой интересной отрасли механики и соответствующих вычислительных приложений.
Стоит отметить, что в сфере высокопроизводительных вычислений Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН находится на лидирующих позициях. В 2010 году здесь был запущен в эксплуатацию уникальный гибридный суперкомпьютер К-100 (“Келдыш-100”) производительностью 100 триллионов операций в секунду. По словам Бориса Четверушкина, к появлению этой мощной машины, аккумулировавшей новейшие разработки российских специалистов, тоже приложил руку Российский фонд фундаментальных исследований. При создании прототипа суперкомпьютера меньшей производительности ученые использовали средства РФФИ, а вот со средствами на изготовление К-100 помог являвшийся тогда председателем Правительства России Владимир Путин.
– Мы благодарны фонду, который, несмотря на относительную скудность средств, поддерживает перспективные начинания, новые направления, – отметил Борис Николаевич. – Шесть лет назад, когда возникла идея конференции по вычислительному эксперименту в аэроакустике, эта тема не была так востребована, как сегодня. Ситуация поменялась, но нам по-прежнему важны даже небольшие, базовые вложения РФФИ. Крупное мероприятие на выделяемые фондом деньги, конечно, не проведешь, но эта поддержка позволяет “раскрутить” форум на старте и в дальнейшем облегчает подготовку каждого нового цикла, поиск спонсоров.
Всероссийская конференция “Вычислительный эксперимент в аэроакустике” с элементами научной школы для молодежи проводится раз в два года в Светлогорске Калининградской области. Не так давно состоялась очередная, четвертая по счету, сессия. Подводя итоги этого мероприятия и всей работы за восемь лет, инициатор и главный “мотор” форума Татьяна Козубская заметила, что организаторам удалось достичь поставленных целей.
Какие же задачи решает конференция? Отвечать на этот вопрос Татьяна Константиновна начала издалека.
– Для ученых, занимающихся прикладной математикой, крайне важно взаимодействовать с людьми, которым нужны наши методы и расчеты, – отметила она. – Не знаю, как устанавливают такие контакты другие, а мы находим их сами. Направление поиска понятно – предприятия авиапрома. В авиационной промышленности давно ведутся исследования, направленные на снижение шума, который признан мировым сообществом неблагоприятным экологическим фактором. Для защиты окружающей среды регулярно ужесточаются допустимые нормы по шуму, создаваемому летательными аппаратами. Не отвечающим этим стандартам самолетам в Европе запрещены полеты над городами. Кстати, акустические нагрузки небезвредны и для самой техники: они повышают ее изнашиваемость. Понятно, что рынок отслеживает все эти моменты: “тихие” самолеты лучше продаются.
В западных странах уже началась борьба за снижение шума от автомобилей. И речь не только о работе мотора: при больших скоростях заметно шуметь начинают и обтекающие корпус машины потоки воздуха. Российское автостроение до этих проблем еще не доросло, у него много других. А вот наш авиапром достижениями прикладной аэроакустики очень интересуется. Однако вычислительный эксперимент в этой области пока не находит широкого применения в отличие от стационарной аэродинамики, где результаты расчетов уже активно используются при конструировании самолетов.
– Почему так получилось?
– Дело в том, что математическое моделирование ряда процессов вообще в аэроакустике, а тем более при наличии турбулентных течений, еще не достигло той степени универсализма и точности, которая необходима для решения инженерных задач. Но многие наработки уже вполне можно использовать. Когда мы стали знакомить с ними представителей авиапрома, то поняли, что говорим на разных языках: у них сроки, конкретные производственные вопросы, а тут мы со своими красивыми цветными картинками. Выяснилось, что некоторые сотрудники отраслевых институтов и конструкторских бюро просто не доверяют вычислительному эксперименту. Были и такие, кто воспринимал нашу деятельность как попытку “захвата территории” физического эксперимента. Пришлось столкнуться и с другой крайностью – предложениями рассчитать конструкцию в полной комплектации или даже попросту заменить натурный эксперимент вычислительным. Увы, это пока невозможно. Даже в будущем при ожидаемых колоссальных успехах компьютерной техники и методов математического моделирования вычислительный эксперимент полностью не заменит физический: ведь для его подтверждения всегда будут необходимы данные “полевых” или лабораторных испытаний. Кстати, вопрос о месте и растущей роли вычислительного эксперимента является одним из наиболее горячо обсуждаемых на конференции.
– Выходит, что наряду с объективными проблемами широкому внедрению в аэроакустику вычислительного эксперимента мешает недопонимание среди участников процесса. Где же выход?
– Понятно, что нам всем вместе необходимо искать баланс, золотую середину. Организуя конференцию, мы поставили перед собой задачу создать площадку для взаимодействия, с одной стороны, ученых, а с другой – инженеров и конструкторов. Позади четыре конференции, и уже можно уверенно сказать, что этот коммуникационный механизм работает.
– Расскажите, как все происходило.
– На первую встречу мы не без труда собрали 50 участников, некоторых маститых специалистов пришлось уговаривать. Однако на форуме сразу же завязался заинтересованный диалог, практически все доклады подробно обсуждались. Начиная со второй конференции потенциальных участников, особенно российских, уговаривать стало не нужно. Количество заявок неуклонно растет от раза к разу. Потянулись и зарубежные гости – и “настоящие иностранцы”, и наши соотечественники, работающие за рубежом.
С третьей сессии формат проведения конференции изменился: к ней присоединился Международный семинар “Computational Experiment in Aeroacoustics”. Дело в том, что в 2010 году РФФИ объявил совместный с фондами CNRS (Франция) и DFG (Германия) конкурс на проведение российско-французско-немецких семинаров, и мы выиграли грант. Благодаря успеху этого трехстороннего мероприятия в этом году вокшоп проходил как международный уже без специальной поддержки. Таким образом, сформировался не совсем обычный режим форума: первые два дня дискуссии идут на русском языке в рамках всероссийской конференции, а следующие три – на английском. Российские участники могут представить доклады на любую часть конференции. Коллеги позитивно отнеслись к возможности такой интеграции в европейское и мировое профессиональное сообщество. Ученые из разных стран высоко оценили научные достижения друг друга. “Русские дни” у нас тоже довольно сильные, они отличаются особенно живыми и жаркими дискуссиями.
Мы изначально решили проводить все заседания в последовательном режиме – без деления на параллельные секции, чтобы все могли послушать друг друга. Но в этом году участников оказалось так много, что даже пришлось сокращать время выступлений. В дальнейшем думаем 30-минутные доклады отбирать по конкурсу, а остальным участникам выделять 5-10 минут для кратких научных сообщений, перенося акцент на обсуждение в кулуарах.
Уровень четвертой конференции был очень высоким. Европейские участники даже вышли с идеей – организовать на нашей базе большой форум по разным направлениям аэроакустики, который мог бы стать европейским аналогом главной международной конференции в этой области, организуемой Американским институтом по аэронавтике и астронавтике. Зарубежных коллег устраивает и наш потенциал, и место проведения – Светлогорск, очень уютный благоустроенный курортный город на берегу Балтийского моря, куда удобно добираться и из России, и из Европы. В находящемся рядом Калининграде есть международный аэропорт.
В настоящее время мы ведем предварительные переговоры по поводу организации новой конференции. Нам не очень хочется превращать свое камерное мероприятие в форум с огромным числом участников и разнообразием тематик, тем самым размывая существующую интересную и актуальную направленность. Всерьез будем рассматривать этот вариант только в том случае, если зарубежные партнеры окажут мероприятию существенную поддержку. При любом раскладе “русские дни” мы сохраним обязательно.
– Какие изюминки форума вы можете отметить?
– Мы активно приглашаем на свои заседания представителей Калининградского региона, в частности Балтийского федерального университета, который входит в число организаторов конференции. Они не занимаются аэроакустикой, но там есть факультет информатики и прикладной математики, студентам, аспирантам и преподавателям которого небезынтересны современные достижения в области математического моделирования в механике сплошных сред. Приезжают на наши встречи и другие представители региональной науки, например, сотрудники ОКБ “Факел”, разрабатывающего электродвигательные системы. Так что у форума есть региональная и образовательная компоненты.
Традиция конференции – конкурс на лучший доклад. Принцип отбора прост: каждый участник голосует за три наиболее сильных, на его взгляд, выступления. Победителям, получившим высшую оценку коллег, вручаем призы – янтарных черепах. Эти животные стали символом нашего форума случайно: в те годы, когда мы начинали, местные умельцы массово изготавливали такие фигурки, посыпанные янтарной крошкой. Впрочем, черепаха – хороший образ, она олицетворяет мудрость, долголетие и упорное движение вперед. А спонсорам мы дарим янтарных слонов. Поддержка у нас серьезная: наряду с РФФИ, РАН и Минобр­науки в организации конференции помогают предприятия авиапрома – Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е.Жуковского (ЦАГИ), ОКБ Сухого, головной институт ­Роскосмоса ЦНИИМаш, Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ), а также фирмы-производители коммерческого софта.
– Почему столько спонсоров? Неужели организовать конференцию так дорого стоит?
– Все дают понемногу, сколько могут. Но надо отметить, что конференция у нас действительно недешевая. Например, мы традиционно компенсируем затраты на проживание молодым участникам, а также тем, кто приезжает из дальних регионов. Благодаря спонсорам организационный взнос для российских ученых сохраняется достаточно низким, что также способствует их широкому представительству. В этом году мы пригласили шестерых всемирно известных лекторов, которым, как и положено, оплатили билеты и гостиницу.
Всего же на четвертом форуме было около 100 участников с докладами, а включая калининградцев и других гостей, примерно 150 человек. Они представляли семь (а если считать неприехавших соавторов, то девять) стран и семь регионов России. Российские исследовательские организации, в которых работают наши участники, – это ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, Вычислительный центр РАН, академические структуры Сибирского отделения РАН – Институт теоретической и прикладной механики, Институт вычислительных технологий, Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева, а также МГУ им. М.В.Ломоносова, НИИ механики МГУ, МФТИ, Санкт-Петербургский политехнический университет, Новосибирский госуниверситет. Отраслевые институты, научно-производственные объединения, конструкторские бюро и промышленные предприятия представляли сотрудники ЦАГИ, ЦИАМ, ­ЦНИИМаш, РФЯЦ-ВНИИЭФ (Саров), НПО “Сатурн” (Рыбинск), ОАО “Авиадвигатель” (Пермь), ОКБ Сухого, ОАО “Туполев”, Корпорация “Иркут”, Московский вертолетный завод им. М.Л.Миля, ОАО “Камов”, Летно-исследовательский институт им. М.М.Громова, ЦКБ “Рубин” (Санкт-Петербург).
Обстановка у нас очень демократичная: мэтры на равных общаются с молодыми. Тут же на месте рождаются планы сотрудничества. Можно назвать уже немало совместных проектов, идеи которых возникли в Светлогорске. За эти годы мы стали сообществом людей, понимающих друг друга с полуслова.
К сплоченной компании ученых и авиастроителей недавно присоединились вертолетчики. Их растущий интерес подогревается разработкой нового класса высокоскоростных машин, при моделировании которых необходимо учитывать нестационарные эффекты и аэроакустику. Среди наших потенциальных партнеров подводники-гидроакустики, пока они не выступают с докладами, а приезжают посмотреть и поучиться.

Подготовила Надежда Волчкова
Фото Андрея Горобца
и Владимира Титарева

Нет комментариев