Испытания самолетов и ракет в России заменят компьютерными расчетами

Интеграция Внедрения
мобильная версия
, Текст: Мария Коломыченко
В подведомственном «Росатому» ядерном центре в Сарове создали программу для промышленного 3D моделирования, которая избавляет от необходимости проводить некоторые реальные эксперименты. С недавнего времени ПО проходит опытную эксплуатацию, а в 2015 г. будет внедряться для промышленного использования на предприятиях атомной энергетики, ракетно-космических, авиа- и автомобилестроительных компаниях.

С 2015 г. в промышленную эксплуатацию на атомно-энергетические, ракетно-космические, авиа- и автомобилестроительные предприятия начнет поставляться пакет программ «Логос», предназначенный для расчетов и 3D моделирования технически-сложных объектов, сообщил CNews в ходе второго Национального Суперкомпьтерного Форума Андрей Козелков, начальник научно-исследовательской лаборатории Российского федерального ядерного центра Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики в Сарове (РФЯЦ-ВНИИЭФ), где было разработано ПО.

«Логос» позволит предприятиям отказаться от некоторых экспериментов и испытаний в ходе создания ракет, самолетов, автомобилей и заменить их расчетами на супер-ЭВМ.

Разработкой этого программного пакета ядерный центр в Сарове занимается по заказу госкорпорации «Росатом». На данный момент проект находится в статусе опытной эксплуатации — на этом этапе его уже используют компании «Сухой» и «Камаз», конструкторская организация атомного машиностроения «ОКБМ Африкантов», инжиниринговая компания по атомной энергетике СПбАЭП, разработчик атомных реакторов ОКБ «Гидропресс» и Научно-исследовательский центр ракетно-космической промышленности (НИЦ РКП).

В целом, программы для 3D моделирования на супер-ЭВМ позволяют создать комплексное полномасштабное описание технически-сложных объектов с учетом большого числа физических процессов и высокой степенью детализации. Они призваны уменьшить число испытательных стендов, натурных экспериментов, а также сократить сроки и стоимость проектирования изделий.

По данным РФЯЦ-ВНИИЭФ, использование компьютерного моделирования при проектировании, например, самолетов Boeing-777 снизило сроки реализации проекта на 1 год и сэкономило $2 млрд.

История создания «Логос»

Разработка пакета программ «Логос» началась в РФЯЦ-ВНИИЭФ еще в 2005 г., однако изначально он создавался для внутренних нужд госкорпорации «Росатом» и подведомственных ей предприятий. Программный комплекс был узкоспециализирован и направлен на решение практических задач в рамках тех тематик, что ведут данные организации.

В 2009 г. Комиссия при Президенте по модернизации и технологическому развитию экономики России утвердила программу «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий», в перечень проектов которой входило создание отечественных супер-ЭВМ и разработка российского ПО для проектирования и имитационного моделирования на супер-ЭВМ. Таким образом «Логос» стал частью правительственного проекта, а его функционал начали расширять и модернизировать под нужды других отраслей.

Сейчас этот пакет программ позволяет моделировать процессы аэро-, гидро- и газодинамики, турбулентного перемешивания, распространения тепла в твёрдом теле, тепловой конвекции, переноса излучения, течения в пористой среде. На данный момент он состоит из 4 модулей, каждый из которых направлен на решение задач в авиастроении, атомной энергетике, автомобилестроении или ракетно-космической отрасли.

За время действия правительственной программы 2010-2012 гг. из федерального бюджета на разработку «Логоса» выделили около 250 млн руб., сообщили CNews во ВНИИЭФ. Примерно такая же сумма за три этих года была привлечена из внебюджетных источников — создание ПО спонсировали «Росатом», компании «Сухой», «Камаз» и другие организации.

В декабре 2012 г. разработка программного комплекса была завершена, а результаты работы приняты Госкомиссией. После этого ВНИИЭФ перешел к опытной эксплуатации продукта, однако на этом этапе правительственную поддержку не получил. Представители ядерного центра отмечают, что данный проект не приносит коммерческую выгоду в короткие сроки, а потому, возможно, менее интересен госорганам. К тому же, большой поток средств сейчас идет на организацию Олимпиады в Сочи и другие крупные проекты, после окончания которых правительство, возможно, вновь обратит внимание на «Логос», надеются в ядерном центре.

Моделирование самолетов

В рамках опытной эксплуатации «Логос» уже использует компания «Сухой», разработчик боевых и гражданских самолетов, и НПО «Сатурн», в сферу деятельности которого входит производство газотурбинных двигателей для военной и гражданской авиации.

Чтобы сократить количество экспериментальных работ, программу ВНИИЭФа применяли для расчета аэродинамических характеристик пассажирского лайнера SSJ-100. Этот самолет стал широко известен после аварии в 2012 г., когда он врезался в гору во время показательного полета в Джакарте (Индонезия).

Программный комплекс также использовался для расчета аварийной посадки этого пассажирского лайнера. SSJ-100 получил сертификат безопасности Межгосударственного авиационного комитета (МАК) по данному критерию только на основании расчетов «Логоса» и без проведения реальных экспериментов. Данный прецедент стал первым в России. Во ВНИИЭФ подчеркивают, что этот критерий стал особенно актуален после того, как в ноябре 2011 г. Boeing-767 был вынужден совершить аварийную посадку в аэропорту Варшавы без шасси.

Кроме того, программу использовали для расчета аэродинамических характеристик автоматического средства поражения на боевых моделях самолетов марки «Су». «При старте ракеты от самолета возникает факел, который может воздействовать на элементы конструкции самолета, в том числе на воздухозаборник двигателя, спровоцировав аварийную ситуацию. Для увеличения безопасности эксплуатации авиационной техники эта ситуация отрабатывается с помощью компьютерного моделирования»,— сообщил CNews Андрей Козелков.

По его словам, компания «Сухой» проводит и натурные эксперименты для определения оптимального расположения различного вида автоматических средств поражения под крылом бомбардировщиков, однако стоимость подобных испытаний довольно велика.

В рамках опытной эксплуатации «Сухой» пользуется программным комплексом для расчетов и моделирования бесплатно. Сейчас он установлен примерно на 100 рабочих местах в компании. В 2015 г. компания, по утверждению ВНИИЭФа, планирует отказаться от коммерческих аналогов и приступить к закупке «Логоса». Стоимость лицензий на российское ПО для моделирования пока не определена, но она будет значительно меньше, чем у западных аналогов, утверждают в ядерном центре.

Бронемашины, ракеты и АЭС

Компания «Камаз» также участвует в опытной эксплуатации пакета «Логос». ПО использовали для моделирования динамики деформирования бронеавтомобиля «Выстрел» (Камаз-43269) при подрыве на мине, а также для расчета газодинамики системы отопления и вентиляции в этом транспортном средстве.

При этом для оценки бронезащищенности спецавтомобилей и накопления экспериментальной базы на полигоне в Сарове проводили серию натурных экспериментов по подрыву военных автомобилей. Результаты использовались в том числе для верификации и валидации технологии полномасштабного расчета газодинамики взрыва и деформирования состояния конструкции, реализованной в пакете программ «Логос».

В ракетно-космической отрасли «Логос» предназначен для проектирования и наземной отработки современных образцов применяемой техники. Так, НИЦ РКС моделировал на данном ПО старт ракетоносителя с космодрома.

В атомной энергетике основной класс задач программы относится к моделированию турбулентного смешения неизотермических потоков ядерных реакторов. Внедрение «Логоса» на предприятия атомной энергетики будет осуществляться в рамках программы «Прорыв», которая реализовывается «Росатомом» до 2020 г., сообщил Андрей Козелков. Она предусматривает создание новых типов реакторов на быстрых нейтронах, производство новейших видов топлива для ядерных реакторов и переработку отходов ядерного топлива.

Западные аналоги

В области решения задач гидро-, аэро- и газодинамики у российской разработки есть несколько иностранных конкурентов, некоторые из которых разрабатывают уже около 40 лет. Программы Star-CCM+, Ansys, Nastran и Abaqus решают смежный с «Логосом» класс задач, однако являются слишком универсальными и не учитывают особенностей моделирования в конкретных отраслях промышленности, утверждает Андрей Козелков. Функционал данных программ иностранные разработчики, безусловно, могут доработать под нужды заказчиков. Однако в России они нередко используются на проектах, реализация которых связана с использованием конфиденциальной информации или представляет собой коммерческую тайну, что не позволяет обращаться за помощью к создателям ПО.

К тому же, экспорт или реэкспорт подобных технологий контролируется государственными органами западных стран и жестко лицензируется. Госструктуры запрашивают информацию о приобретающей организации и планируемой области применения ПО, а также нередко требуют соблюдения некоторых ограничений по его использованию. «У ВНИИЭФа нет ни одного коммерческого пакета — мы первые в списке Госдепартамента США на запреты поставки, так как профиль нашей работы, можно сказать, разработка вооружения», — отмечает Андрей Козелков.

Тем не менее, указанные программы иностранных производителей являются основными пакетами, используемыми на предприятиях в России. По оценке ВНИИЭФа, на закупку коммерческих программ подобного характера все российские промышленные предприятия ежегодно тратят около 2 млрд руб.