1311

(г. Пермь, 2010 г.). Студенты ПГТУ О.Л. Арапов, Д.А. Паршаков и М.В. Балуева, прошедшие обучение в Центре «AMD-ПГТУ», активно работающие на многопроцессорной технике, стали стипендиатами Президента РФ и Правительства РФ.

С 2008 г. успешно функционирует секция «Системы автоматизированного проектирования и высокопроизводительные вычислительные комплексы» в рамках ежегодной всероссийской научно-техни- ческой конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» (ПГТУ, Пермь, 2008, 2009). В работе секции принимают участие специалисты из г. Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Екатеринбурга, Челябинска, Уфы, Сарова и, конечно, г. Перми.

Активная деятельность Центра, усилия, направленные на создание мощного вычислительного кластера, позволили ПГТУ завоевать заслуженный авторитет в HPC-сообществе. В соответствии с решением IX Международной конференции HPC-2009 c 1 по 3 ноября 2010 г. в г. Перми на базе Пермского государственного технического университета состоялась юбилейная X Международная конференция «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах». Конференция проводилась под эгидой Суперкомпьютерного консорциума университетов России, членом которого с 2009 г. является ПГТУ. Тематика конференции охватила основные направления развития проблематики высокопроизводительных вычислений в науке и образовании. Особое внимание было уделено вопросам, связанным с решением прикладных задач на кластерных системах. Спонсорами конференции выступили корпорации AMD, «Intel», IBM, «Microsoft», NVIDIA, «Т-платформы» (г. Москва), РСК «СКИФ» (г. Москва), ОАО «Тесис» (г. Москва) ), ОАО «Делкам-Урал» (г. Екатеринбург). Информационными партнерами конференции выступили газета «Поиск», молодежный парламент при Законодательном собрании Пермского края, информационно-аналитический журнал «Rational Enterprise Management», информационно-аналитический центр «Parallel.ru». В работе конференции приняли участие 150 сотрудников вузов, представителей промышленности и ИТ-компаний, среди которых 2 академика РАН, 4 члена-корреспондента РАН, 38 докторов наук и 34 кандидата наук, представлявших 51 организацию из 27 городов России и зарубежья. В рамках конференции были представлены 18 пленарных докладов, подготовленных ведущими специалистами в области супервычислений

11

вузов России, Российской академии наук и зарубежных стран. Анализ докладов конференции показывает, что выполненные исследования соответствуют передовым направлениям развития высокопроизводительных вычислений в мире и направлены на решение наиболее актуальных проблем параллельных вычислений. Российские исследования в области развития и применения параллельных вычислительных технологий в достаточной степени обеспечены научными кадрами и научным оборудованием. К началу работы конференции выпущен двухтомный сборник материалов, в котором представили работы свыше 180 авторов. Под председательством декана факультета ВМК Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского д.т.н., профессора В.П. Гергеля был проведен «круглый стол» на тему «Проблемы подготовки специалистов в области суперкомпьютерных технологий».

На конференции были доложены результаты и опыт моделирования гидродинамических процессов и напряженно-деформированного состояния, накопленный в Центре «AMD-ПГТУ» в ходе реализации целого ряда хоздоговорных работ с предприятиями Пермского края.

В докладах отмечалось, что эффективность использования многопроцессорной техники подтверждена успешными расчетами для постоянного мониторинга окружающей среды, контроля переноса выбросов предприятий аэрокосмической промышленности в окружающей среде в режиме реального времени, в масштабах региона. Проведены вычислительные эксперименты по моделированию газогидродинамических процессов в каналах переменного сечения газоходов, выступающих в роли очистных сооружений для промышленных отходов.

Большой объем вычислительных экспериментов проводится для моделирования аэродинамики и внутрикамерных газодинамических процессов в двигателях летательных аппаратов.

Одна из таких задач связана с моделированием работы подвижных элементов конструкций в потоке жидкости. При этом рассматривается один из известных подходов к управлению вектором тяги ракетного двигателя твердого топлива – вдув газа или жидкости в сопловую часть. Недостатком этого способа управления является сложность расчёта. В качестве альтернативы этому способу управления был предложен метод, широко применяемый в ЖРД, – с помощью управляющих сопел. Основные проблемы при проектировании и расчёте подобной системы управления возникают с механизмами передачи усилий

12

от рулевой машины к органу управления (в нашем случае – к штоку клапана, положение которого задает величину зазора h, а следовательно, и величину тяги). К данным механизмам предъявляют следующие требования:

1)простота конструкции, малые габариты и масса,

2)небольшие потери энергии,

3)небольшое изменение передаточного числа,

4)удобство компоновки на ракете.

Малые габариты и масса рулевой машинки ограничивают возможное давление на шток клапана, которое может достигать нескольких тонн без внесения дополнительных конструктивных изменений.

Проведение натурного эксперимента является дорогим, длительным и иногда даже опасным мероприятием. Поэтому было предложено расчётное определение основных характеристик газового потока внутри клапана, а также сил, действующих на шток клапана.

Вычислительный эксперимент был проведён с использованием программного пакета для газодинамических расчётов FlowVision. Эта программа включает широкий спектр моделируемых процессов (3Dстационарные/нестационарные, сжимаемые/несжимаемые, одно- /мно- гофазные ламинарные, турбулентные потоки, задачи теплопереноса, горения, испарения и т. д.), имеет большие возможности по визуализации. FlowVision оперирует конечно-объёмным методом и использует прямоугольную адаптивную локально измельчённую сетку.

На рис. 1 показана расчётная область, представляющая собой четверть внутреннего объёма осесимметричного клапана и созданная в пакете SolidWorks в силу отсутствия собственного геометрического построителя во FlowVision.

Рис. 1. Расчетная область

13

В качестве математической модели была выбрана модель «полностью сжимаемая жидкость», предназначенная для описания течений со сверхзвуковыми скоростями и любыми изменениями плотности газа/жидкости. Решаемыми уравнениями являются: уравнение Навье– Стокса, уравнение неразрывности, закон сохранения энергии (записанный через энтальпию), а также уравнения, описывающие k–e модель турбулентности. Вещество, подаваемое на входе в клапан, – воздух, параметры которого описываются уравнением идеального газа.

На рис. 2 представлены граничные условия, задаваемые во FlowVision, и их расстановка на гранях расчётной области. Принято, что стенка – твердая, непроницаемая, обладающая минимальной шероховатостью. Параметры газа на входе в клапан: нормальное давление = 10 МПа. Турбулизация потока – средняя и задана, исходя из среднего размера вихря (зависит от характерного размера входной части клапана) и начальной турбулизации потока.

Рис. 2. Граничные условия

При проведении вычислительного эксперимента была получена хорошая устойчивость счёта. Полученные результаты (рис. 3) хорошо согласуются с физическим экспериментом.

Рис. 3. Поле скоростей

14

Анализ результатов вычислительного эксперимента показал практически линейное возрастание нагрузки на клапан с 5 до 18 кН с увеличением величины h для всех вариантов конструкции клапана. Необходимо значительное снижение нагрузки, действующей на шток.

Для снижения нагрузки предложены конструктивные мероприятия. На рис. 4 представлены граничные условия при расчете уточненной модели, задаваемые во FlowVision, и их расстановка на гранях расчётной области. Расчетная область представляет собой половину

внутреннего объема клапана.

Рис. 4. Расстановка граничных условий

В ходе вычислительного эксперимента определены интегральные характеристики. Полученные результаты (рис. 5) хорошо соотносятся с результатами расчёта газодинамическим пакетом «МАРС-7» и экспериментом.

Рис. 5. Поле давления выпускной части клапана; Н = 6 мм

15

Еще одним приложением возможностей многопроцессорных вычислений явилось определение аэродинамических характеристики ракеты (рис. 6), предназначенной для борьбы с градом. Расчетным путем произведена оценка положения центра давления. Для этого определены характеристики поля давлений при обтекании и их пересчет согласно следующей зависимости:

∑Ai Pi xi

Xd = ∑i Ai Pi . i

Результаты расчетов совпали с данными летных испытаний.

Рис. 6. Расчетная схема при определении характеристик обтекания ракеты

Ряд работ посвящен изучению вопросов, связанных с обеспечением работоспособности валов роторов газоперекачивающих агрегатов с авиационными приводами. Расчетная схема вала приводится на рис. 7. Вопросы балансировки предлагается решать в ходе прямого численного эксперимента. Сложность постановки связана с необходимостью моделирования дисбалансов, возникающих при микронных эксцентриситетах отдельных участков валов.

Кроме того, важным элементом моделирования являются зазоры в узлах подвеса вала. При этом возникает необходимость построения расчетных сеток с количеством ячеек, достигающим 20 млн.

16

Рис. 7. Перемещения вдоль вертикальной оси

В конце 2010 г. Пермский государственный технический университет совместно с ОАО «Протон–Пермские моторы» победил в федеральном открытом публичном конкурсе по отбору организаций на право получения субсидий по реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства. Конкурс проводился в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 9.04.2010 г. № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства». Важной составляющей при реализации этого проекта является вычислительный эксперимент по изучению сложных явлений в турбомашинах. При проведении расчетов будут использованы вычислительные и программные ресурсы ПГТУ, в том числе Регионального центра технической компетенции «AMD-ПГТУ».

Получено 6.12.2010

17

УДК 629.05

В.С. Ермаков

ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания»

ОАО «ПЕРМСКАЯ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПАНИЯ» – НАУКОЁМКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Изложены особенности организации инновационной деятельности в ОАО «Пермская на- учно-производственная приборостроительная компания» (далее – Компания). Технологическая площадка Компании является «Hi-Tech»-территорией, внедряющей наукоемкие, экологически чистые высокопроизводительные технологии, и представляет собой сформированный де-факто кластер волоконно-оптического приборостроения в экономике Пермского края, актуальность которого заключается в развитии партнерства между государством, наукой и производством. Методологической основой кластерного подхода Компании является производственная интеграция, осуществляемая по инициативе предприятий промышленности и научных организаций – субъектов инновационной деятельности в области разработки и внедрения новых технологий и продуктов. В работе показаны перспективы применения волоконно-оптических технологий для развития навигационного приборостроения.

Ключевые слова: Пермская научно-производственная приборостроительная компания, инновационная деятельность, высокопроизводительные технологии, волоконно-оптическое приборостроение, технологическая площадка.

Характерной чертой современного мирового хозяйственного развития является переход ведущих стран к новому этапу формирования инновационного общества – построению экономики, базирующейся преимущественно на генерации, распространении и использовании знаний.

Уникальные навыки и способности, умение адаптировать их к постоянно меняющимся условиям деятельности, высокая квалификация становятся ведущим производственным ресурсом, главным фактором материального достатка и общественного статуса личности и организации.

Одной из основных целей государственной политики Российской Федерации в области науки и технологий является переход к развитию конкурентоспособных наукоемких производственных технологий на основе приоритетов, которые определяются тенденциями развития мировой промышленности и базируются на современном развитии рынков.

18

Современное состояние социально-экономического развития регионов России свидетельствует о том, что ключ к решению большинства социальных проблем, реальному подъему уровня жизни населения находится в сфере материального производства и, прежде всего, в наукоёмких отраслях промышленности.

Экономика Пермского края носит выраженный промышленный характер, значительную долю в которой занимают предприятия, производящие экспортно-ориентированную продукцию.

Одним из ключевых приоритетов Пермского края является экономический рост на основе сбалансированного развития экономики, поэтапного замещения сырьевой составляющей в валовом региональном продукте на высокотехнологичную, наукоёмкую продукцию и эффективного использования научно-технического потенциала Пермского края.

ВПермском крае имеются все предпосылки для этого. Это – богатые природные ресурсы, высокий уровень потенциала научных учреждений, наличие свободных производственных мощностей, достаточно квалифицированный инженерно-технический персонал с относительно высоким общеобразовательным уровнем.

Заказчики наукоёмкой продукции и в России, и за рубежом в основном готовы платить за завершенные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Однако финансирование поисковых научных исследований состоятельными промышленными структурами осуществляется только при условии, что их руководители в состоянии видеть дальнюю перспективу.

Такая ситуация заставляет потенциальных исполнителей проводить научные исследования и материализовывать идеи прикладного характера за счёт своих собственных средств и представлять потенциальному заказчику готовое изделие.

Научно-производственные предприятия и организации Пермского края не замыкаются в своих ограниченных рамках, а активно привлекают для разработки новых технологий и продуктов ведущих учёных академической и вузовской науки.

ВОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (ОАО «ПНППК») более 50 лет занимаются разработкой навигационных приборов и систем для объектов вооружений, военной

испециальной техники (ВВСТ) воздушного, морского и наземного базирования, тем самым обеспечивая:

19

–разработку и производство навигационных приборов и систем для объектов ВВСТ;

–разработку и серийное производство специального оптического волокна, волоконно-оптических компонентов, приборов и систем во- локонно-оптического приборостроения;

–разработку оптоволоконных систем мониторинга особо ответственных инженерных сооружений, в том числе и корпусов объектов ВВСТ.

В 2008 г. ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» заключила Соглашение о научно-техническом сотрудничестве с Российской академией наук. Цели заключения Соглашения следующие:

–ускорение разработки и вывод на рынок эффективных и конкурентоспособных изделий и систем, основанных на новых принципах работы;

–согласование и реализация совместных программ по приоритетным направлениям научно-технического развития;

–формирование на базе Компании площадки для практической реализации и внедрения новых научных идей и разработок;

–наполнение научных исследований реальными потребностями промышленности;

–сокращение сроков и повышение конкурентоспособности разработок;

–обеспечение приоритетного развития направления разработок в области волоконной и интегральной оптики;

–создание условий для эффективной работы и повышение квалификации научных кадров.

В рамках указанного Соглашения ОАО «Пермская научнопроизводственная приборостроительная компания» активно сотрудничает с Научным центром волоконной оптики Российской академии наук в области разработки перспективных волоконно-оптических технологий (г. Москва, руководитель – академик РАН Е.М. Дианов).

Совместные научно-исследовательские и опытно-конструктор- ские работы с Центром волоконной оптики Российской академии наук по отработке технологии производства оптических волокон и волокон- но-оптических компонентов обеспечили возможность создания поми-

20