大型 CFD 软件自动化测试平台的初步设计与实现

针对大型通用 CFD 软件研制的需求，为了提升 CFD 软件的开发效率，初步设计与开发了一个 CFD 软件自动化测试平台。该平台基于 MySQL 数据库，通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互，实现了自主研发的通用 CFD 软件平台(HyperFLOW)的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口，该平台亦可推广应用于其他 CFD 软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理 GUI 设计、网络交互和后台管理等，并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍，最后对平台构建的后续工作进行了展望。     

DPW Ⅳ～DPW Ⅵ数值模拟技术综述

DPW(Drag Prediction Workshop)系列会议是CFD验证和确认领域最具代表性的国际会议之一。CRM(Common Research Model)代表了现代运输机的典型巡航构型,该模型是AIAA DPWⅣ~Ⅵ会议选择的基准研究模型。针对CRM,国际上开展了大量的风洞试验与数值模拟工作,这些工作反映了当前CFD验证与确认研究的最新进展。本文介绍了CRM及开展的风洞试验,概述了DPWⅣ~Ⅵ会议的情况,分别从计算网格生成、计算方法与湍流模型、计算结果与试验结果的对比等方面总结了CFD验证与确认工作的进展,以及CRM相关优化设计工作,并给出了进一步开展CFD验证与确认工作的思考与建议。     

大型通用CFD软件体系结构与数据结构研究

针对大型通用CFD软件研制的需求,从新一代结构/非结构混合流场解算器的研制出发,着重研究了大型CFD软件的体系结构和数据结构。首先,针对未来计算流体力学对大型通用CFD软件的需求进行了分析,对软件研制中将要面对的各种计算网格、物理模型、计算方法以及未来多学科耦合计算的发展趋势进行了充分的需求评估。在此基础上,提出了采用面向对象软件设计技术、进行大型CFD软件体系结构和数据结构设计的方法,包括软件的整体架构、层次结构等,其间提出了运行数据库的概念。最后,研制了基于结构/非结构网格的结构/非结构混合解算器(HyperFlow),并通过典型算例对软件进行了验证,同时推广应用于不可压缩非定常流计算、高阶精度DG/FV混合算法等领域,表明本文提出的CFD软件体系结构和数据结构具有良好的通用性和可扩展性。     

基于Linux集群架构的MPI点对点通信研究

如何满足大规模科学计算的要求,快速而有效地提高计算速度成为目前计算机科学迫切需要解决的问题之一。解决这一问题最为快速而且有效的方法是将多台计算机连接起来构成集群并行计算系统。为此重点研究了集群点对点通信原理,在已构建的Linux集群系统上成功实现了用C编写的MPI点对点通信并行程序,测试证明该方式可行有效。     

计算流体力学并行计算技术研究综述

本文综述了中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所近年来开展的并行算法研究应用工作.包括有基于工作站机群和微机机群建立了分布式网络并行计算环境;在此并行环境下开展了CFD并行算法研究和并行应用软件开发研制;与国防科技大学计算机学院合作,开展了大型系列并行机研制过程中所选择的CFD并行程序的研制,并对计算机并行性能进行了测评.     

HiLiftPW-1～HiLiftPW-3数值模拟技术综述

针对典型运输机高升力构型,源于DPW(Drag Prediction Workshop)系列会议,美国航空航天学会(AIAA)组织的高升力预测研讨会(High Lift Prediction Workshop,HiLiftPW)已经连续举办了3届(HiLiftPW-1~HiLiftPW-3)。HiLiftPW系列会议的主要目的是评估现代CFD技术模拟典型运输机高升力构型的能力,促进高升力构型的复杂流动机理研究,指明高升力构型数值模拟技术的研究方向。本文概述了HiLiftPW-1~HiLiftPW-3会议的基本情况及主要结论;介绍了历次HiLiftPW会议所采用的高升力构型及风洞试验情况;并从计算网格生成、计算方法与湍流模型、计算结果与试验结果的对比等方面总结了CFD验证与确认工作的进展;最后给出了进一步开展CFD验证与确认工作的思考与建议。     

大飞机机翼气动设计技术

就目前情况而言,CFD技术在大飞机设计中的大规模应用(包括大网格量级的计算和大批量的状态计算),都需要借助并行计算技术,如何在计算量增加的同时,提高并行计算效率是一个重要的研究课题。     

基于CFD/CSD方法的跨声速静气动弹性数值模拟应用研究

针对大型飞机跨声速静气动弹性问题,基于CFD/CSD流固耦合方法开展了数值模拟应用研究。具体方法是:采用RANS方程与静气动弹性平衡方程作为计算控制方程,CFD采用多块对接结构化网格进行分区并行计算,并利用多重网格技术加速收敛;使用RBF结合TFI方法进行网格变形;通过TPS插值实现多场数据交换。基于上述方法开发了计算程序,并与典型风洞试验结果开展了对比研究,验证了方法和程序的有效性。最后通过数值模拟结果,分析了跨声速时静气动弹性对典型大型飞机机翼的几何变形、表面压力及气动性能的影响特性。     

薄壳结构失稳临界载荷的并行计算

以大型有限元分析软件为开发平台,研究了弹性结构屈曲分析的并行计算方法及软件实现,并针对大规模超级计算机的硬件环境编写了屈曲分析的并行求解程序;通过开发软件接口,将并行求解程序作为子模块嵌入串行有限元分析软件的求解序列中,并使其可直接调用;针对有限元前后处理器开发了风格一致的客户化界面,使并行计算的操作可视化。开发集成后的软件系统使串行有限元软件的前后处理能力与大规模并行机的高性能计算能力紧密结合,能够有效提高静力屈曲分析的规模和效率。      

多块多重网格法及其跨声速转子内流并行模拟

为提高压气机内部复杂流动计算的收敛速度,发展了一种多块多重网格上的可压缩流动并行计算流体动力学(CFD)方法,数值模拟了跨声速转子NASA Rotor 35内部流动及气动性能,重点分析了对接分区方式和内界面通信模式对并行性能的影响。结果表明:对接分区方法和多块多重网格内界面数据处理方法能够保证串、并行CFD方法结果基本一致,且与实验数据吻合良好;并行精度基本不受分区数目和通信模式的影响,并行效率随着相对通信负载的增大而降低。所发展的并行计算方法对跨声速转子气动分析和设计具有一定的可靠性,为开发大型流体机械复杂流动的基础并行算法及软件提供了参考价值。     

云服务技术在航电软件研发中的应用研究

航空电子系统硬件的发展，为云服务技术在航空领域的应用提供了可能。借助虚拟化及容器管理技术， 将机载计算资源进行池化管理，并借助服务化技术，将复杂航电软件拆分为可协作的独立模块，能够实现航电 软件的快速构建、灵活部署，并提高航电软件之间的互操作能力。本文讨论了云服务技术在航空领域的应用现 状，研究并提出了一种应用于航电软件研发的云服务架构，给出了服务化和容器管理平台的实现方案，并构建 了应用原型验证环境。     

A Scalable Infrastructure for Online Performance Analysis on CFD Application

The fast-growing demand of computational fluid dynamics(CFD) application for computing resources stimulates the development of high performance computing(HPC) and meanwhile raises new requirements for the technology of parallel application performance monitor and analysis.In response to large-scale and long-time running for the application of CFD,online and scalable performance analysis technology is required to optimize the parallel programs as well as to improve their operational efficiency.As a result,this research implements a scalable infrastructure for online performance analysis on CFD application with homogeneous or heterogeneous system.The infrastructure is part of the parallel application performance monitor and analysis system(PAPMAS) and is composed of two modules which are scalable data transmission module and data storage module.The paper analyzes and elaborates this infrastructure in detail with respect to its design and implementation.Furthermore,some experiments are carried out to verify the rationality and high efficiency of this infrastructure that could be adopted to meet the practical needs.     

基于SMP机群的航空CFD并行技术应用研究

针对SMP机群的双层并行体系结构,研制出一种双层并行技术--在计算节点间采用MPI消息传递模式并行,而在计算节点内部采用OpenMP编译器指令模式并行.通过算例测试证明,采用该技术的航空CFD程序,并结合贪婪负载平衡分配技术进行并行计算,其效率可达94%,计算结果与实验值吻合.     

云计算综述

论述了云计算的起源、概念、特点,与分布式计算和网格计算的区别;介绍了云计算厂商,及各厂商采用的数据存储、数据管理、编程模式、提供的服务种类云计算存在的问题,特别是云计算安全的风险种类及防护方法。提出了云计算需解决的问题。     

FlowStar:国家数值风洞(NNW)工程非结构通用CFD软件

计算流体力学（CFD）仿真软件是流体相关的数学物理知识和工程实践经验的数字化表达,是工业数字化转型的重要助推。然而,大型工业CFD软件研发难度极高,需要同时兼顾功能多样、系统稳定、性能优越、交互友好等特征。依托国家数值风洞（NNW）工程,研发出一款通用流场模拟软件NNW-FlowStar,并在航空、航天等工业部门大力推广使用。软件基于非结构有限体积求解方法和大规模并行计算技术开发,结合现代化软件工程思维设计,具备先进的数值方法、高效的计算效率和友好的用户操作界面,可满足各类复杂外形的高效气动模拟。独特的重叠网格技术配合六自由度运动模块,可帮助实现武器分离、舱门定轴转动等各类气动-运动协同仿真需求。多类标模案例和复杂工程应用表明,FlowStar软件算法鲁棒、精度可靠,是一款高精度、高效率、高可靠性的通用CFD仿真软件。通过对软件的架构设计和功能应用进行介绍,使相关从业人员能更好地了解FlowStar软件,最终促进国产自主CFD软件生态的良性发展。     

气动计算软件集成系统中的远程控制

随着我国航空航天技术的飞速发展，气动计算软件集成技术日趋成熟，但用户在并行计算中需要手动输入的操作较多。鉴于此，通过编程开发了基于TCP／IP协议的FTP客户端应用程序，实现了对网格文件的信息采集、过滤并将其和参数、脚本文件等批量自动上传的功能。根据批处理文件中的命令，调用Windows平台自带的客户端Telnet，向远程集群管理节点发出命令，远程启动服务器集群的并行计算任务。最后，在客户端实现了远程控制服务器集群上的计算流体力学软件Fluent进行并行计算。结果表明：使用该远程控制系统能够减少用户输入操作，提高计算效率，保证数据的实时更新。     

多场耦合计算平台与高超声速热防护结构传热问题研究

从有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)的单元特性出发,提出一种具有局部守恒特性的界面载荷插值方法.采用共享内存技术开发适用于通用有限元和计算流体力学(CFD)软件的多场耦合计算平台,并基于分区耦合方式实现流固耦合传热计算.作为验证,分别将ANSYS与Fluent和CFD-FASTRAN软件进行耦合,计算外壁冷却的喷...     

基于数据关联性分析的飞轮异常检测

针对航天器早期故障在闭环系统下难以被检测、数学模型难以精确建立的问题,提出了一种基于数据关联性分析的归纳式系统异常监测(IMS)方法。该方法采用无监督学习的聚类算法,利用具有关联性的参数构建数据向量,通过聚类分析自动建立健康数据向量的族类阈值区间。关联关系的破坏将引起部分参数超出族类阈值区间,使系统的异常程度存在模糊性与随机性。引入云模型评价指标,将闭环系统异常程度的不确定性通过熵与超熵定量表示,从而更加准确地判断闭环系统的异常程度。仿真结果表明:该方法能够建立卫星飞轮闭环系统的族类知识库,并可以根据云模型提供的定性知识有效判断系统的异常程度。