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    發布時間:2021-08-17 09:07:28 作者:米樂體育視頻直播 出處:米樂體育網址 字號

      AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 航 空 制 造 技 術 A E R O N A 航空描述技能 U T I C A L 2009年第21期 總第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 面向新式飛翔器運用的 空 制 數值模仿與數字樣機技能 造 技 術 專稿 雜 志 薄壁鋁合金鑄件鑄造技能的展開 社 論壇 虛擬仿線/V 封面文章 COVER STORY 面向新式飛翔器運用的 數值模仿與數字樣機技能 Enabling Technologies of Numerical Simulations and Digital Prototyping for New Aerospace Vehicles 浙江大學航空航天學院 鄭 耀 高端數字樣機是依據高功用核算和先進核算機輔佐 工程等技能來完結產品優化規劃和描述的綜合性技能,研 究高端數字樣機技能對推進新式飛翔器仿真運用具有特 別重要的現實意義。 規劃和描述周期,下降開發本錢,提 值模仿和可視化渠道,集成以并行燃 高產品質量。在歐美科技發達國家, 燒、機體/推進一體化、氣動力/熱 大至飛機,小至日常工業用品的規劃 和結構熱防護等4個面向新式飛翔 和描述,都越來越離不開數字樣機技 器的并行求解器,并在此基礎上構建 鄭 耀 長江特聘教授,現任浙江大學航空 術的展開和運用。 了網絡化虛擬實驗環境,著重產品數 航天學院常務副院長,博士生導師。曾 新式飛翔器是涉及到力、熱、 字化規劃的運用演示。 在英美兩國學習作業 13 年,1998 ~ 光、電磁等多種物理現象的雜亂大 經過和航空航天科研單位、工 2002年在美國國家航空航天局(NASA) 作業,2002 年回國,獲 2002 年度國家杰 內中,其規劃進程需求憑借很多的 業部分和兄弟院校樹立的一系列合 出青年科學基金。致力于大規模數值 多場耦合數值模仿仿真,這既給數 作聯系,現在這一技能已得到了很大 模仿技能的研討及相應的高端數字樣 字樣機技能提出了許多新的應戰, 的展開,可為飛翔器的外形規劃和優 機渠道環境的建造,著重范疇間的穿插 也為數字樣機技能的展開供給了新 化、飛翔器推進內中的規劃及優化以 性和學科的多樣性,以推進數值模仿技 術和數字化技能在各運用學科中的實 的戰略機會。 及工業產品的規劃和優化供給技能 質性運用。 浙江大學運用現已研制的支撐 支撐。 技能,樹立了面向新式飛翔器大規 模數值模仿的數字樣機渠道HEDP 內中全體架構 數字樣機技能是一項運用核算 (High End Digital Prototyping, 內中規劃時首要考慮的特性包 機模型來替代實在物理樣機的核算 高端數字樣機內中)。HEDP供給面 括: 機輔佐工程技能,它能明顯縮短產品 向核算機輔佐工程的大規模并行數 (1)并行和分布式核算。對新 航空描述技能 · 年第 期 26 2009 21 COVER STORY 封面文章 型飛翔器的精確模仿核算量較大, 飛翔器 在某些情況下并行和分布式核算是 總體規劃 僅有的處理辦法。內中總結構運用 物理建模 虛擬裝置 C/S 架構,一切模塊都可以在長途 服務器端分布式運轉。內中供給(或 幾許造型 集成)高功用并行數值求解庫,并行 發動機 虛擬現實環境 模仿分析 程序調試、盯梢和功用分析東西,所 可視分析環境 有核算密集型模塊完結并行核算。 協同仿真環境 當時運用音訊傳遞接口 MPI 作為基 飛翔仿真 礎并行通訊接口。 機體/推進 (2)即插即用和可擴展性。系 一體化仿真 統中心只完結模塊和數據的辦理、協 結構/熱 氣動力/ 防護分析 調,各種詳細模塊經過 TCP 音訊與 熱分析 中心交互,動態地即插即用,協同解 開放式數字樣機內中的結構想象 決特定問題。一個模塊是一個獨立 的可執行程序。內中中心支撐 4 種 持各種首要硬件渠道,包含同享內存 造型的參數化和約束條件)正在擬定, 通訊辦法:同享內存、管道、Socket 架構SMP和分布式內存的MPP、集 專門為處理這些問題。當時HEDP 和文件。依據模塊運轉的方位、程序 群等。 內中中,咱們開發了IGES文件和系 員的習氣、數據的多少,以及問題的 統幾許數據格局之間的轉化程序,并 特征,模塊可以挑選不同的通訊完結 內中首要支撐技能 經過補洞等手法處理公役問題,然后 辦法。 1 CAD 數據轉化和修正 進行必要的拓撲聯系重建。 (3)豐厚的核算支撐技能。一 產品規劃大都由不同安排和 2 幾許網格生成 個高端數字樣機內中應該供給豐厚 公司協同完結,處置產品開發往往 在物理場現象與進程的核算機 的支撐技能,運用戶可以經過組合模 運用不同類型的軟硬件和 CAD 系 模仿中,網格生成是使問題得以處理 塊,方便地展開多樣化的核算模仿。 統。雖然 IGES 和 STEP 等世界標 的根本途徑。網格生成作為一個獨 依據當時需求,內中挑選和開發的配 準被廣泛地運用在工業界,但這些數 立的研討范疇現已展開了40多年, 套支撐東西首要包含幾許建模、幾許 據交流規范或許丟掉高層的規劃信 對它的研討在國外至今仍然十分活 修正、網格生成、區域分化、科學可視 息。由于不同內中之間的公役處理 躍。 化以及長途使命提交、使命監控、任 等底層算法的不同,在原始內中中有 HEDP內中中集成了一套網格 務調度、資源辦理等。 效的模型以 IGES 或 STEP 作為交 生成東西,包含粘性流體邊界層網格 (4)可視操作。圖形界面和可 換前言進行數據轉化后,或許在接納 生成、各向異性網格生成、混合網格 視操作可以大大下降軟件內中學習 內中中變成無效模型。別的,在進行 生成、三維結構化網格生成、自適應 和運用的門檻,使得用戶可以以更為 CAD內中和CAE內中數據轉化和 網格生成以及并行網格生成等。另 直觀的辦法進行操作核算,提高效 數據映射時,由于對產品特征模型的 外,內中還集成了相應的質量優化程 率。內中供給友愛的圖形界面,一切 界說和要求并不躍躍欲試兼容,也產生了 序。 的支撐模塊貫穿了可視化的功用,能 許多新的問題,例如 CAD 內中的公 3 高性價比可視環境構建 夠運用戶交互地駕御核算的整個過 差以及細節特征的處理、CAE 內中 沉溺式設備供給的信息感知渠 程,可以運用集群并行制作功用以及 所需的實體拓撲聯系的重建等。因 道十分豐厚,有助于規劃人員對問題 立體顯現墻完結核算成果的立體顯 此,研討愈加有用的產品數據交流方 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。 場景的沉溺式展現能運用戶對產品 (5)跨渠道。內中的中心和系 CAD 數據交流比較前沿的技 有感同身受的直觀感觸,能充分運用 統的首要模塊可以在大都常見的 術是特征級數據交流,研討的技能 人類天性的形式識別才能和直覺感 核算渠道上運轉,如Linux (IA32/ 包含元素永久命名一致性、一致幾許 知才能,使得數據場的特征發現十分 IA64)、Windows、Unix系列渠道 差錯和精確度、歧義性消除等。當時 簡單;另一方面,立體顯現能供給深 (SGI Irix、IBM AIX等);可以支 STEP規范的第108部分(幾許產品 度信息,數字樣機針大多是面向三維 年第 期 航空描述技能 2009 21 · 27 封面文章 COVER STORY 通訊的帶寬要求很小,由于部件之間 幾許建模 幾許修正 傳輸的是腳本指令。并且該內中在 協同環境下的響應速度與單機時分 前 軟件總線 邊界條件 網格生成 處 的響應速度簡直相同。處置一切的 理 協同者簡直在一同可以看到高精度 物理特點 區域分化 質量分析 的、動態的3D場景。假如網絡帶寬 答應,CESC_Remote_DI協同部件正 常和桌面視頻東西一同運用,不然該 H E 軟件總線 并行焚燒 根本算法庫 氣動力/熱 求 協同部件和電話會議東西一同運用。 D 解 這些長途協同會話可以記錄在一個 結構熱防護 P 機體/推進 腳本文件中,一同也可以張貼到網上 內 供其他科學家們在他們恰當的時分 核 重放和修正。 后 軟件總線 數據分析 功用分析 數據可視化 處 理 運用實例 1 飛翔器空氣動力學模仿 飛翔器外流場的空氣動力學識 輔 軟件總線 使命辦理 資源辦理 輸入輸出 助 題,具有幾許模型和力學現象的兩層 模 雜亂性。為了驗證數字樣機HEDP 塊 在此類問題,特別是在雜亂外形氣動 HEDP軟件生死之交架構 特性核算、多體攪擾氣動特性核算以 及多體別離氣動特性核算等方面的 目標的,添加一個維度信息的顯現能 一個分布式協同可視化內中。這個 可靠性,咱們展開了針對雜亂問題的 拓展調查規模。 結構分紅2部分:分布式可視化子系 非結構網格生成研討和動網格技能 HEDP內中構建了一種依據通 統和CESC_Remote_DI協同部件。 研討。 用設備的可彈性立體顯現墻。與其 該結構有許多長處,在協同部件之間 咱們運用HEDP渠道中集成的 他虛擬現實設備比較,該顯現墻是一 種高性價比,簡單完結和保護的大屏 幕顯現設備。這種立體顯現墻運用 微機集群驅動一組一般的中低檔投 影儀構成,投影儀可以拼接成各種客 戶需求的標準和形狀。投影儀陣列 中每2個投影儀構成一個立體投影 對,投影到屏幕上的同一區域,完結 被迫立體。經過核算機視覺的辦法 可以完結投影圖畫幾許和顏色上的 無縫拼接,所以投影儀方位不需求在 物理上進行精確定位,其裝置和保護 的本錢都比較低。由于躍躍欲試運用標 準硬件,構建的辦法和支撐軟件都具 有杰出的可彈性性,所以用戶可以在 但凡的約束內,依據需求十分迅速地 建立多種分辨率和顯現標準的顯現 墻。 在顯現墻基礎上,HEDP完結了 典型作業界面截圖 航空描述技能 · 年第 期 28 2009 21 COVER STORY 封面文章 空氣動力學求解器進行了多種飛翔 器外流場的數值仿線 超燃沖壓發動機的仿真 R_FILE_IO 數據目標 超燃沖壓發動機焚燒室流場非 模塊 常雜亂,高明聲速氣流在沖壓發動機 數據流 操控流 內活動的時間標準與內部焚燒的化 a 數據 學反響的時間標準挨近,非平衡效應 文件服務器 辦理 R_FILE_IO_UI 十分激烈,是一個雜亂的化學非平衡 CESC_HUB VIEWER 流場。HEDP的超聲速焚燒求解器 樹立在非結構混合網格內中上,既 R_TOPOLOGY_UI 具有處理雜亂幾許問題的才能,又 R_SURFER R_TOPOLOGY R_SURFER_UI 保存了結構網格內中的求解精度。 b c 操控方程的有限體積離散檢查相似 a b c 有限元的高階低耗散格局和人工黏 數據 數據 性技能,可以完結高精度的活動計 高功用核算機 辦理 辦理 作業站 算和波系結構捕捉。三維焚燒活動 內中的分布式可視化子結構 中的湍流多標準效應檢查大渦模仿 技能進行考慮?;瘜W源項的核算采 核算使命在64個CPU的SGI 與結構/資料分析等多場耦合分析 用依據CHEMKIN 基元反響的有限 機器上完結。實驗數據取自澳大利 的調度戰略,關于非燒蝕性熱防護問 率辦法,精確考慮多組分非平衡燃 亞昆士蘭大學Odam Judy的博士論 題,可以進行較為有用的模仿分析。 燒效應。 文。仿真的成果與實驗成果符合程 為了對數字樣機HEDP的超聲 度較好,并且整個流程方便快捷,驗 總結和展望 速焚燒核算才能進行可靠性驗證,我 證了整個內中的有用性。 高端數字樣機是依據高功用計 們對澳大利亞HyShot項目規劃的超 3 結構與熱防護并行模仿 算和先進核算機輔佐工程等技能來 燃沖壓發動機進行了數值模仿和試 高明聲速飛翔器由于氣動加熱 完結產品優化規劃和描述的綜合性 驗比照。澳大利亞HyShot項目的發 會帶來結構與熱防護問題,并且飛翔 技能,研討高端數字樣機技能對推進 動機中運用了“前體燃料噴發”概念, 器結構幾許模型和加熱進程的雜亂 新式飛翔器仿真運用具有特別重要 燃料與空氣在進口段產生預混,處置 性會使這類問題的數值求解變得異 的現實意義。 不需求在焚燒室內添加額定的混合 常困難,除擴展HEDP渠道的特別 HEDP內中檢查黑板架構和模 設備,可以有利減小壁面形成的沖突 網格生成與處理才能,展開各向異性 塊化規劃,可以動態插拔各種支撐模 阻力。 的棱柱體網格等幾許網格的生成技 塊,然后簡化了各類高端技能在數字 術之外,一同為 樣機規劃中的運用。在未來的作業 了高效地處理 中,咱們將結合新式飛翔器數值模仿 結構與熱防護 中的詳細問題進行內中的進一步完 的雜亂問題,基 善。 于音訊傳遞界 雖然現在國內高端數字樣機的 面(MPI)的并 運用商場根本被國外產品所獨占,隨 行形式,開發了 著國內高端數字樣機技能運用需求 依據松耦合的 的不斷增加,以及工業界和研討界對 應力場與溫度 這一范疇重要性并日而食的不斷加深,通 場耦合分析程 過相關范疇專家的通力合作、悉心研 序。針對高梯度 究和開發,自主立異的高端數字樣機 的溫度場問題, 技能和國外技能之間的距離但凡會 研討并完結了 漸漸縮小。 ( ) HEDP中三視圖狀態下觀測 某飛機的幾許外形 非線性溫度場 責編 仍然 年第 期 航空描述技能 2009 21 · 29

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