Интервью с новым доктором наук: образование и наука должны быть неразрывно связаны

Станиславу Анатольевичу Королеву — 42, и он уже доктор технических наук. В 2001 году выпускник факультета «Прикладная математика» ИжГТУ поступил в аспирантуру, в 2004 — защитил кандидатскую диссертацию, а в этом — докторскую. Его работа посвящена решению проблем аэродинамики и устойчивости движения снарядов и неуправляемых ракет на основе математического моделирования. Эта тема одна из самых интересных и актуальных на стыке физики, математики и компьютерного моделирования. Станислав Анатольевич преподает в ИжГТУ на кафедре «Прикладная математика и информационные технологии».

— Математическое моделирование позволяет решать множество задач — от проектирования умного города до разработки лекарств. Почему вы выбрали направление баллистики снарядов и ракет?

— Направление «Математическое моделирование баллистических процессов для ракетно-артиллерийского вооружения» является одним из основных научных направлений кафедры «Прикладная математика и информационные технологии» (ранее кафедра «Математическое обеспечение информационных систем»). На кафедре сформировался научный коллектив под руководством академика РАН и РАРАН А.М. Липанова.

С 2012 года данная тематика на кафедре получила активное развитие в связи с выполнением ряда научных проектов, в том числе, государственного задания на тему «Численное моделирование пространственных нестационарных турбулентных течений гетерогенных реагирующих сред, нестационарного турбулентного обтекания тел сложной формы при больших числах Маха и механики процессов соударения и разрушения при взаимодействии метаемого тела с преградой применительно к процессу артиллерийского выстрела». А также — НИР и ОКР с одним из ведущих полигонов России, в которых я принимал непосредственное участие. Здесь возникает ряд задач механики и аэродинамики, решение которых требует разработки эффективных расчетных алгоритмов и применение высокопроизводительной вычислительной техники, что интересовало меня еще со студенчества.

— В область исследований, связанных с математическим моделированием, часто приходят специалисты, имеющие хорошую базу подготовки по прикладной математике, однако, им не всегда хватает знаний по предмету моделирования, и, как правило, нужно время для освоения современных вычислительных систем. Как было у вас?

— В ходе научной деятельности рассматривались различные области приложения знаний по математическому моделированию. В начале, при обучении в аспирантуре и подготовке кандидатской диссертации, изучались процессы теплообмена в задачах теплоснабжения и энергосбережения. Была разработана модель теплового режима помещения с учетом сопряженного теплообмена через многослойные оконные системы. Численно получена ячеистая структура конвективного течения в задаче Рэлея. На основе разработанных моделей и алгоритмов исследовались вопросы эффективности тепловой защиты зданий. В области возобновляемых источников энергии исследовались оптимальные режимы получения энергии из биомассы, включая переработку древесных и животноводческих отходов, что имеет важное значение для экологической безопасности. Хотелось бы довести эти исследования до внедрения в практику. Будем надеяться, что это направление будет востребовано в дальнейшем.

С 2012 года и по настоящее время основные усилия направлены на моделирование процессов аэродинамики и устойчивости движения, в том числе, при стрельбе с подвижного носителя (вертолета). При этом отображение результатов моделирования производится на виртуальной карте местности с учетом особенностей рельефа, что позволяет детально исследовать изучаемые процессы в режиме виртуальной реальности.

В каждом случае приходилось изучать физические основы и технические особенности моделируемых процессов и систем. Однако работа в научном коллективе кафедры, возглавляемой профессором И. Г. Русяком, всегда способствовала более эффективному освоению новых приложений для математического моделирования. Многому удалось научиться у академика Алексея Матвеевича Липанова. Огромный объем знаний, широкий кругозор, оригинальность идей, нестандартность подходов, а также настойчивость и требовательность ученого ускоряло получение новых научных результатов.

Знания в области вычислительных систем и информационных технологий быстро устаревают, поэтому они должны постоянно пополняться. Работая в качестве преподавателя на кафедре, при подготовке читаемых курсов постоянно приходилось изучать новые современные информационные и вычислительные технологии. При проведении научных исследований были освоены и применялись пакеты инженерного моделирования ANSYS и «ЛОГОС», а также технологии визуального компьютерного моделирования.

— В чем суть научного открытия, которое стало темой вашей докторской диссертации?

— Научное открытие, возможно, еще впереди. Но основным достижением работы, как подтверждено решением диссертационного совета, является разработка нового подхода к решению задач внешнебаллистического проектирования, основанного на математическом моделировании, вычислительном эксперименте и трехмерной компьютерной визуализации, позволяющего проводить исследования на этапе проектирования боеприпаса и повысить производительность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. До настоящего времени в баллистических расчетах используются законы сопротивления, поправочные коэффициенты и функции, определяемые на основе эксперимента. В отличие от существующих методик, разработанный подход обладает высокой универсальностью и позволяет на этапе проектирования боеприпаса решать множество задач: исследование устойчивости движения, оптимизация аэродинамической формы, анализ факторов рассеивания, стрельба с подвижного носителя и др.

— Какие новые проекты вы планируете реализовать? Какие намечаются поездки, конференции?

— В настоящее время исследования в данном направлении могут получить дополнительное развитие, в связи с заинтересованностью АО «Национальный цент вертолетостроения имени М.Л. Миля и Н.И. Камова» — ведущей организации по проектированию вертолетов и их вооружения. Это позволяет надеяться на получение новых научных результатов, связанных с разработкой математических моделей и реализацией алгоритмов оптимального управления подвижным носителем при стрельбе по различным целям с использованием элементов искусственного интеллекта. Кроме того, будут оформлены заявки на участие в конкурсах РНФ и РФФИ.

В ближайшее время запланировано участие в научных конференциях: XX Международная конференция по методам аэрофизических исследований (ICMAR 2020), 01–07 ноября 2020 г., Новосибирск; X Всероссийская научная конференция с международным участием «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики», 18–20 ноября 2020 г., Томск; Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные основы баллистического проектирования», 24–27 ноября 2020 г., Санкт-Петербург.

— Вам больше нравится заниматься наукой или работать со студентами?

— Считаю, что образование и наука должны быть неразрывно связаны. Именно это мне и импонирует. Научные результаты кафедры внедряются в учебный процесс при обучении бакалавров и магистров, умножая их возможности при освоении новых компетенций. Научные темы кафедры, так или иначе, отражаются в читаемых курсах и в тематике выпускных квалификационных работ. И когда ты видишь, что студент способен проявить самостоятельность при выборе моделей и методов для решения поставленных задач, конечно, это приносит удовлетворение от работы.

— Сегодня в ИжГТУ специалистов по математическому моделированию и проектированию вычислительных систем достаточно, чтобы обучить новое поколение? Что сегодня уникального в обучении студентов есть на вашей кафедре?

— Специалистов по математическому моделированию, тем более хороших, никогда не бывает много. Математические модели — это самый дорогой товар. Норма прибыли здесь может исчисляться сотнями и даже тысячами процентов. Однако, здесь не все так просто. Нужно, чтобы сложились определенные условия: научная школа, актуальная тематика, мотивация, материальная база и многое другое. Стратегия кафедры при обучении заключается в том, чтобы для каждого студента, проявляющего инициативу и способности к научной деятельности, построить индивидуальный план обучения. Чтобы при окончании бакалавриата и магистратуры он смог подготовить материалы для кандидатской диссертации и при поступлении в аспирантуру в кратчайшие сроки ее защитить. Такие примеры на кафедре есть: С.В. Дмитриев (2007 г.), О.Р. Сабирова. (2008 г.), Е.В. Касаткина (2011 г.) и др.

— Научные исследования со студентами. Расскажите о них.

— Студенты на кафедре привлекаются к выполнению научных исследований, в том числе в рамках грантов РНФ и РФФИ. В проекте, поддержанном РФФИ, под руководством профессора Русяка Ивана Григорьевича участвуют магистранты и бакалавры направления «Прикладная математика»: Дряхлов Р.Р., Хитрин К.А., Клюкин Д.А. Также оформляются заявки на участие в 4 конкурсах научных проектов, в каждом из которых запланировано участие 2-3 студентов.

При решении задач аэродинамики и баллистики научные исследования связаны с проведением вычислительного эксперимента. Для этого используется специализированное программное обеспечение моделирования ANSYS, «ЛОГОС» и многопроцессорная вычислительная техника, имеющиеся на кафедре. В рамках лабораторных и выпускных работ студенты проводят масштабные численные эксперименты, которые требуют большого объема машинного времени, поэтому одним из приоритетов кафедры является обеспечение научно-образовательного процесса современной высокопроизводительной вычислительной техникой.

— Станислав Анатольевич, поздравляем вас с успешной защитой докторской диссертации! Желаем плодотворной работы и новых открытий!

Материал подготовила Марина Широких

Дата: 29.10.2020