Цифровая модель первого лабораторного экземпляра БПЛА, предназначенного для мониторинга окружающей среды, место создания модели: ТГУ.Сотрудники Суперкомпьютерного центра Томского государственного университета (ТГУ) разработали и реализовали систему автоматизированного проектирования беспилотных летательный аппаратов (БПЛА), основанную на математическом моделировании с использованием вычислительных мощностей суперкомпьютера СКИФ Cyberia. Эта система может быть использована для проектирования и конструирования также и цифровых моделей самолетов, в том числе для оптимизации рабочих характеристик уже используемых летательных аппаратов.
«Новый подход решает проблему проработки аэродинамического профиля БПЛА и выбора его оптимальной конструкции. Для решения инженерных задач создана облачная система, связанная с суперкомпьютером ТГУ СКИФ Cyberia. Пользователь загружает в облачную систему требуемые технические характеристики, такие как максимальная подъемная сила, размах крыльев, время и дальность полета, его скорость и другие. На основе этих параметров производятся расчеты, создаются 3D-модели и цифровой прототип летательного аппарата. Оптимальный вариант выбирается далее уже с помощью испытаний различных цифровых моделей БПЛА в виртуальной аэродинамической трубе», — рассказал исполнитель проекта, сотрудник Суперкомпьютерного центра ТГУ Кирилл Костюшин.
Данный способ цифрового проектирования БПЛА с использованием суперкомпьютерных вычислительных технологий и применением методов численного моделирования и виртуального прототипирования позволяет инженерам ТГУ в разы сократить длительность процесса разработки, тестирования и производства различных летательных аппаратов. Временной фактор часто становится ключевым моментов в конкурентной борьбе между производителями на рынке подобных разработок. А в разработанной системе основная часть работ проводится с цифровым двойником расчетного БПЛА (его 3D-модели), включая проведение необходимых виртуальных испытаний, на основании которых можно оценить эффективность внесенных изменений в оперативном режиме, а также делать сразу же дополнительные корректировки и расчеты параметров БПЛА.
«Система, разработанная специалистами ТГУ при поддержке Научного фонда Томского госуниверситета, уже применяется для решения инженерных задач, связанных с конструированием новых самолетов и БПЛА. Безусловно, специалистов конструкторских бюро наша система не заменит, но может значительно ускорить их работу», — подытожил Кирилл Костюшин.
Инженеры и специалисты ТГУ использовали разработанную ими систему для создания первого лабораторного экземпляра БПЛА, предназначенного для мониторинга окружающей среды. Новый БПЛА должен оценивать состояние окружающей среды при помощи бортового газоанализатора, а также проводить обзорную видеофискацию облетаемых территории, включая анализ полученных видеоданных на наличие новых свалок и незаконных мест для сбросов отходов. Также проектируемый БПЛА планируется применять для обнаружения и фиксирования очагов пожаров в лесах Томской области.
О суперкомпьютере СКИФ Cyberia
В 31-й редакции списка топ-50 самых мощных компьютеров СНГ вычислительная система ТГУ СКИФ Cyberia занимала двадцать третье место.
СКИФ Cyberia — это российский суперкомпьютер, созданный в 2015 году специалистами российской компании «Т-Платформы» и установленный в Межрегиональном супервычислительном центре Томского государственного университета.
Характеристики суперкомпьютера СКИФ Cyberia:
- количество узлов: 713;
- количество CPU: 1426;
- количество ядер CPU: 7608;
- количество GPU-ускорителей: 16;
- количество мультипроцессорных блоков GPU: 524;
- количество GPU-ядер/CUDA-ядер: 80128;
- всего ядер: 8132;
- Rpeak (Тфлоп/с): 239.28;
- коммуникационная сеть: QDR Infiniband;
- транспортная сеть: 10 Gigabit Ethernet;
- сервисная сеть: Gigabit Ethernet;
- топология: FatTree;
- семейство коммуникационной сети: InfiniBand;
Результаты тестов Linpack на СКИФ Cyberia:
- Rmax: 124.2 Тфлоп/с;
- Linpack Nmax: 1580928.
Архитектура суперкомпьютера СКИФ Cyberia:
- 283 узла 2x Intel Xeon 5150, 8 GB RAM;
- 358 узлов 2x Intel Xeon X5670, 48 GB RAM;
- 20 узлов 2x Intel Xeon E5-2695v3, 256 GB RAM;
- 5 узлов 2x Intel Xeon E5-2695v3, 256 GB RAM; Acc: 2x NVIDIA Tesla K80;
- 7 узлов 2x Intel Intel Xeon E5-2670v3, 128 GB RAM;
- 2 узла 2x Intel Intel Xeon E5-2670v3, 128 GB RAM; Acc: 2x NVIDIA Tesla K80;
- 22 узла 2x Intel Xeon Gold 6148, 256 GB RAM;
- 15 узлов 2x Intel Xeon Gold 5118, 256 GB RAM;
- 1 узел 2x Intel Xeon Gold 5118, 256 GB RAM; Acc: 2x NVIDIA Tesla V100.
Согласно текущей 31-й редакции списка топ-50 самых мощных компьютеров СНГ от 23 сентября 2019, суперкомпьютер СКИФ Cyberia занимает двадцать третье место.
Используемое на суперкомпьютера СКИФ Cyberia специально лицензионное программное обеспечение:
- средства разработки высокопроизводительных приложений – компиляторы GNU, Intel, Portland group (PGI), PathScale EKOPath C/C++/F77/F90, средства отладки Intel, Portland group (PGI), TotalView;
- математические библиотеки для проведения параллельных вычислений Intel MKL, IMSL, ScaLapack, PETSc, FFTW;
- ПО Matlab (до 128 потоков);
- специализированное программное обеспечение ANSYS AUTODYN, ANSYS Multiphysics, ANSYS; CFD, CFX, FlowVision, OpenFOAM, ParaView, Salome, NetGen, Open CASCADE;
- пакеты для расчета молекулярной динамики: MolPro, Gaussian, GAMESS, FireFly, Orca, PSI3, Dalton;
- моделирующие системы для исследований погоды и климата MM5 и WRF, системы для решения задач охраны окружающей среды CAMx и CMAQ.
