Суперкомп’ютер розрахував принципово новий вид конструкції легшого і міцного крила літака

Суперкомп'ютер розрахував принципово новий вид конструкції легшого і міцного крила літака

Група дослідників з університету Дельфта (Delft University) і датського Технічного університету (Technical University of Denmark) реалізувала принципово новий підхід до справи конструювання крил літаків наступного покоління.

А перше ж застосування цього підходу відразу ж “видало на гора” конструкцію крила, яка на 2-5 відсотків легше, ніж крила, сконструйовані традиційним способом. Для розрахунків конструкції нового крила використовувалася обчислювальна потужність і інші ресурси одного з сучасних суперкомп’ютерів, і точно такий же підхід може бути використаний при конструюванні різних механічних деталей і вузлів.

Одним з методів оптимізації конструкторських розробок, який намагалися використовувати інженери і вчені, носить назву морфогенез. Спочатку береться деяка узагальнена конструкція майбутньої деталі і в неї починають вноситися більш дрібні деталі, зміни і вдосконалення. При цьому, конструкторам доводиться постійно шукати компроміси, врівноважуючи безліч різних чинників, таких, як функціональність, міцність, вага, виробничі витрати і т.п.

Свого часу для прискорення конструкторської роботи був розроблений ряд програмних алгоритмів, що реалізують метод морфогенезу. Але всі вони вимагають великих обчислювальних потужностей і застосовуються, в основному, для розробки конструкцій простих і невеликих деталей. Однак, датські дослідники розробили новий програмний інструмент, призначений для роботи на суперкомп’ютері, і він вже дозволяє конструювати досить великі деталі і вузли.

Для представлення тривимірних об’єктів використовуються так звані вокселі (Voxels), які представляють собою ділянки тривимірного простору мінімального розміру. Подібно до того, як кількість традиційних пікселів визначає роздільну здатність екрана, так і кількість вокселей визначає роздільну здатність тривимірної моделі якогось об’єкта. Нове програмне забезпечення тривимірного моделювання та конструювання працює з роздільною здатністю понад мільярд вокселей.

Для демонстрації ефективності роботи нового програмного забезпечення морфогенетичного конструювання датські дослідники зробили розрахунок конструкції крила літака. Розрахунок, в якому було задіяно 8 тисяч процесорів суперкомп’ютера, тривав кілька днів, а в його результаті на світ з’явилася конструкція з такими незвичними елементами, створити які не прийшло б і в голову найдосвідченішому і творчій людині-конструктору. Як уже згадувалося вище, вага нового крила на 2-5 відсотків нижче, ніж вага традиційних крил. У реальному світі це дозволило б скоротити вагу авіалайнера Boeing 777 на 200-500 кілограм. Це, начебто і не дуже багато, але таке зниження ваги призведе до економії від 40 до 200 тонн палива щорічно кожним таким літаком.

На жаль, виготовлення крила з конструкцією, розрахованої суперкомп’ютером, фізично неможливо виконати з урахуванням наявних у розпорядженні людей методів механічної обробки, складання та виробництва. Проте, все це є демонстрацією нового підходу до конструювання різних деталей і вузлів, а однією з умов оптимізації в методі морфогенезу може бути сумісність майбутньої конструкції з існуючими виробничими методами.