OB电竞:航空描述技能pdf

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  AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 航 空 制 造 技 术 A E R O N A 航空描述技能 U T I C A L 2009年第21期 总第343期 M A N U F A C T U R I N G T E C H N O L O G Y 2 1 / 2 0 0 9 封面文章 航 面向新式飞翔器运用的 空 制 数值模仿与数字样机技能 造 技 术 专稿 杂 志 薄壁铝合金铸件铸造技能的展开 社 论坛 虚拟仿线/V 封面文章 COVER STORY 面向新式飞翔器运用的 数值模仿与数字样机技能 Enabling Technologies of Numerical Simulations and Digital Prototyping for New Aerospace Vehicles 浙江大学航空航天学院 郑 耀 高端数字样机是依据高功用核算和先进核算机辅佐 工程等技能来完结产品优化规划和描述的综合性技能,研 究高端数字样机技能对推进新式飞翔器仿真运用具有特 别重要的现实意义。 规划和描述周期,下降开发本钱,提 值模仿和可视化渠道,集成以并行燃 高产品质量。在欧美科技发达国家, 烧、机体/推进一体化、气动力/热 大至飞机,小至日常工业用品的规划 和结构热防护等4个面向新式飞翔 和描述,都越来越离不开数字样机技 器的并行求解器,并在此基础上构建 郑 耀 长江特聘教授,现任浙江大学航空 术的展开和运用。 了网络化虚拟实验环境,着重产品数 航天学院常务副院长,博士生导师。曾 新式飞翔器是涉及到力、热、 字化规划的运用演示。 在英美两国学习作业 13 年,1998 ~ 光、电磁等多种物理现象的杂乱大 经过和航空航天科研单位、工 2002年在美国国家航空航天局(NASA) 作业,2002 年回国,获 2002 年度国家杰 内中,其规划进程需求凭借很多的 业部分和兄弟院校树立的一系列合 出青年科学基金。致力于大规模数值 多场耦合数值模仿仿真,这既给数 作联系,现在这一技能已得到了很大 模仿技能的研讨及相应的高端数字样 字样机技能提出了许多新的应战, 的展开,可为飞翔器的外形规划和优 机渠道环境的建造,着重范畴间的穿插 也为数字样机技能的展开供给了新 化、飞翔器推进内中的规划及优化以 性和学科的多样性,以推进数值模仿技 术和数字化技能在各运用学科中的实 的战略机会。 及工业产品的规划和优化供给技能 质性运用。 浙江大学运用现已研制的支撑 支撑。 技能,树立了面向新式飞翔器大规 模数值模仿的数字样机渠道HEDP 内中全体架构 数字样机技能是一项运用核算 (High End Digital Prototyping, 内中规划时首要考虑的特性包 机模型来替代实在物理样机的核算 高端数字样机内中)。HEDP供给面 括: 机辅佐工程技能,它能明显缩短产品 向核算机辅佐工程的大规模并行数 (1)并行和分布式核算。对新 航空描述技能 · 年第 期 26 2009 21 COVER STORY 封面文章 型飞翔器的精确模仿核算量较大, 飞翔器 在某些情况下并行和分布式核算是 总体规划 仅有的处理办法。内中总结构运用 物理建模 虚拟装置 C/S 架构,一切模块都可以在长途 服务器端分布式运转。内中供给(或 几许造型 集成)高功用并行数值求解库,并行 发动机 虚拟现实环境 模仿分析 程序调试、盯梢和功用分析东西,所 可视分析环境 有核算密集型模块完结并行核算。 协同仿真环境 当时运用音讯传递接口 MPI 作为基 飞翔仿真 础并行通讯接口。 机体/推进 (2)即插即用和可扩展性。系 一体化仿真 统中心只完结模块和数据的办理、协 结构/热 气动力/ 防护分析 调,各种详细模块经过 TCP 音讯与 热分析 中心交互,动态地即插即用,协同解 开放式数字样机内中的结构想象 决特定问题。一个模块是一个独立 的可执行程序。内中中心支撑 4 种 持各种首要硬件渠道,包含同享内存 造型的参数化和约束条件)正在拟定, 通讯办法:同享内存、管道、Socket 架构SMP和分布式内存的MPP、集 专门为处理这些问题。当时HEDP 和文件。依据模块运转的方位、程序 群等。 内中中,咱们开发了IGES文件和系 员的习气、数据的多少,以及问题的 统几许数据格局之间的转化程序,并 特征,模块可以挑选不同的通讯完结 内中首要支撑技能 经过补洞等手法处理公役问题,然后 办法。 1 CAD 数据转化和修正 进行必要的拓扑联系重建。 (3)丰厚的核算支撑技能。一 产品规划大都由不同安排和 2 几许网格生成 个高端数字样机内中应该供给丰厚 公司协同完结,处置产品开发往往 在物理场现象与进程的核算机 的支撑技能,运用户可以经过组合模 运用不同类型的软硬件和 CAD 系 模仿中,网格生成是使问题得以处理 块,方便地展开多样化的核算模仿。 统。虽然 IGES 和 STEP 等世界标 的根本途径。网格生成作为一个独 依据当时需求,内中挑选和开发的配 准被广泛地运用在工业界,但这些数 立的研讨范畴现已展开了40多年, 套支撑东西首要包含几许建模、几许 据交流规范或许丢掉高层的规划信 对它的研讨在国外至今仍然十分活 修正、网格生成、区域分化、科学可视 息。由于不同内中之间的公役处理 跃。 化以及长途使命提交、使命监控、任 等底层算法的不同,在原始内中中有 HEDP内中中集成了一套网格 务调度、资源办理等。 效的模型以 IGES 或 STEP 作为交 生成东西,包含粘性流体边界层网格 (4)可视操作。图形界面和可 换前言进行数据转化后,或许在接纳 生成、各向异性网格生成、混合网格 视操作可以大大下降软件内中学习 内中中变成无效模型。别的,在进行 生成、三维结构化网格生成、自适应 和运用的门槛,使得用户可以以更为 CAD内中和CAE内中数据转化和 网格生成以及并行网格生成等。另 直观的办法进行操作核算,提高效 数据映射时,由于对产品特征模型的 外,内中还集成了相应的质量优化程 率。内中供给友爱的图形界面,一切 界说和要求并不跃跃欲试兼容,也产生了 序。 的支撑模块贯穿了可视化的功用,能 许多新的问题,例如 CAD 内中的公 3 高性价比可视环境构建 够运用户交互地驾御核算的整个过 差以及细节特征的处理、CAE 内中 沉溺式设备供给的信息感知渠 程,可以运用集群并行制作功用以及 所需的实体拓扑联系的重建等。因 道十分丰厚,有助于规划人员对问题 立体显现墙完结核算成果的立体显 此,研讨愈加有用的产品数据交流方 的快速掌握和全面并日而食。一方面,大 示和操作。 法是十分必要的。 场景的沉溺式展现能运用户对产品 (5)跨渠道。内中的中心和系 CAD 数据交流比较前沿的技 有感同身受的直观感触,能充分运用 统的首要模块可以在大都常见的 术是特征级数据交流,研讨的技能 人类天性的形式识别才能和直觉感 核算渠道上运转,如Linux (IA32/ 包含元素永久命名一致性、一致几许 知才能,使得数据场的特征发现十分 IA64)、Windows、Unix系列渠道 差错和精确度、歧义性消除等。当时 简单;另一方面,立体显现能供给深 (SGI Irix、IBM AIX等);可以支 STEP规范的第108部分(几许产品 度信息,数字样机针大多是面向三维 年第 期 航空描述技能 2009 21 · 27 封面文章 COVER STORY 通讯的带宽要求很小,由于部件之间 几许建模 几许修正 传输的是脚本指令。并且该内中在 协同环境下的响应速度与单机时分 前 软件总线 边界条件 网格生成 处 的响应速度简直相同。处置一切的 理 协同者简直在一同可以看到高精度 物理特点 区域分化 质量分析 的、动态的3D场景。假如网络带宽 答应,CESC_Remote_DI协同部件正 常和桌面视频东西一同运用,不然该 H E 软件总线 并行焚烧 根本算法库 气动力/热 求 协同部件和电话会议东西一同运用。 D 解 这些长途协同会话可以记录在一个 结构热防护 P 机体/推进 脚本文件中,一同也可以张贴到网上 内 供其他科学家们在他们恰当的时分 核 重放和修正。 后 软件总线 数据分析 功用分析 数据可视化 处 理 运用实例 1 飞翔器空气动力学模仿 飞翔器外流场的空气动力学识 辅 软件总线 使命办理 资源办理 输入输出 助 题,具有几许模型和力学现象的两层 模 杂乱性。为了验证数字样机HEDP 块 在此类问题,特别是在杂乱外形气动 HEDP软件生死之交架构 特性核算、多体搅扰气动特性核算以 及多体别离气动特性核算等方面的 目标的,添加一个维度信息的显现能 一个分布式协同可视化内中。这个 可靠性,咱们展开了针对杂乱问题的 拓展调查规模。 结构分红2部分:分布式可视化子系 非结构网格生成研讨和动网格技能 HEDP内中构建了一种依据通 统和CESC_Remote_DI协同部件。 研讨。 用设备的可弹性立体显现墙。与其 该结构有许多长处,在协同部件之间 咱们运用HEDP渠道中集成的 他虚拟现实设备比较,该显现墙是一 种高性价比,简单完结和保护的大屏 幕显现设备。这种立体显现墙运用 微机集群驱动一组一般的中低档投 影仪构成,投影仪可以拼接成各种客 户需求的标准和形状。投影仪阵列 中每2个投影仪构成一个立体投影 对,投影到屏幕上的同一区域,完结 被迫立体。经过核算机视觉的办法 可以完结投影图画几许和颜色上的 无缝拼接,所以投影仪方位不需求在 物理上进行精确定位,其装置和保护 的本钱都比较低。由于跃跃欲试运用标 准硬件,构建的办法和支撑软件都具 有杰出的可弹性性,所以用户可以在 但凡的约束内,依据需求十分迅速地 建立多种分辨率和显现标准的显现 墙。 在显现墙基础上,HEDP完结了 典型作业界面截图 航空描述技能 · 年第 期 28 2009 21 COVER STORY 封面文章 空气动力学求解器进行了多种飞翔 器外流场的数值仿线 超燃冲压发动机的仿真 R_FILE_IO 数据目标 超燃冲压发动机焚烧室流场非 模块 常杂乱,高明声速气流在冲压发动机 数据流 操控流 内活动的时间标准与内部焚烧的化 a 数据 学反响的时间标准挨近,非平衡效应 文件服务器 办理 R_FILE_IO_UI 十分激烈,是一个杂乱的化学非平衡 CESC_HUB VIEWER 流场。HEDP的超声速焚烧求解器 树立在非结构混合网格内中上,既 R_TOPOLOGY_UI 具有处理杂乱几许问题的才能,又 R_SURFER R_TOPOLOGY R_SURFER_UI 保存了结构网格内中的求解精度。 b c 操控方程的有限体积离散检查相似 a b c 有限元的高阶低耗散格局和人工黏 数据 数据 性技能,可以完结高精度的活动计 高功用核算机 办理 办理 作业站 算和波系结构捕捉。三维焚烧活动 内中的分布式可视化子结构 中的湍流多标准效应检查大涡模仿 技能进行考虑。化学源项的核算采 核算使命在64个CPU的SGI 与结构/资料分析等多场耦合分析 用依据CHEMKIN 基元反响的有限 机器上完结。实验数据取自澳大利 的调度战略,关于非烧蚀性热防护问 率办法,精确考虑多组分非平衡燃 亚昆士兰大学Odam Judy的博士论 题,可以进行较为有用的模仿分析。 烧效应。 文。仿真的成果与实验成果符合程 为了对数字样机HEDP的超声 度较好,并且整个流程方便快捷,验 总结和展望 速焚烧核算才能进行可靠性验证,我 证了整个内中的有用性。 高端数字样机是依据高功用计 们对澳大利亚HyShot项目规划的超 3 结构与热防护并行模仿 算和先进核算机辅佐工程等技能来 燃冲压发动机进行了数值模仿和试 高明声速飞翔器由于气动加热 完结产品优化规划和描述的综合性 验比照。澳大利亚HyShot项目的发 会带来结构与热防护问题,并且飞翔 技能,研讨高端数字样机技能对推进 动机中运用了“前体燃料喷发”概念, 器结构几许模型和加热进程的杂乱 新式飞翔器仿真运用具有特别重要 燃料与空气在进口段产生预混,处置 性会使这类问题的数值求解变得异 的现实意义。 不需求在焚烧室内添加额定的混合 常困难,除扩展HEDP渠道的特别 HEDP内中检查黑板架构和模 设备,可以有利减小壁面形成的冲突 网格生成与处理才能,展开各向异性 块化规划,可以动态插拔各种支撑模 阻力。 的棱柱体网格等几许网格的生成技 块,然后简化了各类高端技能在数字 术之外,一同为 样机规划中的运用。在未来的作业 了高效地处理 中,咱们将结合新式飞翔器数值模仿 结构与热防护 中的详细问题进行内中的进一步完 的杂乱问题,基 善。 于音讯传递界 虽然现在国内高端数字样机的 面(MPI)的并 运用商场根本被国外产品所独占,随 行形式,开发了 着国内高端数字样机技能运用需求 依据松耦合的 的不断增加,以及工业界和研讨界对 应力场与温度 这一范畴重要性并日而食的不断加深,通 场耦合分析程 过相关范畴专家的通力合作、悉心研 序。针对高梯度 究和开发,自主立异的高端数字样机 的温度场问题, 技能和国外技能之间的距离但凡会 研讨并完结了 渐渐缩小。 ( ) HEDP中三视图状态下观测 某飞机的几许外形 非线性温度场 责编 仍然 年第 期 航空描述技能 2009 21 · 29

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