利用数据库实现分布式任务的程序和数据存储

提出了一种建立在数据库管理系统层级之上的分布式任务的程序和数据存储模型,给出了基本的程序、数据存储模型设计、计算模型的基本体系结构和工作原理以及应具备的基本功能模块,为实现安全的、易用的、高性能的管理者-工作者计算模型打下了理论基础。     

新型通用进气道类复杂腔体结构电磁散射计算方法

 利用Unigraphics（UG）内部基于非均匀有理B样条（NURBS）的建模技术,采用UG二次开发,实现了在任意腔体中射线路径准确追踪,寻迹效率较高。提出一种射线追踪的新方法,解决了传统弹跳射线法（SBR）确定射线路径困难、精度不高和效率较低的问题。在此新方法基础之上开发了可以计算任意形状进气道类复杂电大腔体及角形结构雷达散射截面（RCS）的计算软件,实现了腔体建模与RCS计算的无缝集成,不用对腔体进行网格剖分,计算精度和效率都较高,使用方便,通用性好,具有较高的工程应用价值。使用该软件计算了圆形直腔、二面角和S形进气道的RCS,结果与其他方法吻合良好,具有比较好的计算精度。     

考虑铁耗电阻的感应电机参数在线辨识技术

传统感应电机高性能控制方案中,电机模型忽略了电机铁耗的影响,与实际物理模型有一定的偏差。基于包含铁耗等效电阻的感应电机模型,建立新的励磁电流计算方法,对电流和电压信号进行高精度的采样和离散处理,并对电机模型进行数学推导,得到基于递推最小二乘法(RLS)的辨识模型,实现了对铁耗电阻、转子电阻等重要电机参数的在线辨识。建立了MATLAB仿真模型,对参数辨识算法进行验证。仿真试验结果表明:所提方法可以在不同工况下实现较高精度的辨识,并可以快速地跟随待辨识参数的变化,为感应电机高性能控制奠定了基础。     

压气机数字孪生模型中的仿真技术探索

仿真技术是构建压气机数字孪生体的一种重要手段。为了满足数字孪生过程中准确性和实时性要求,给出了压气机数字孪生模型中的数值模型完备性分析,探索了一种将高性能计算与全环非定常模拟相结合的压气机孪生仿真技术。采用数值完备性定义某S弯进气道中涵道风扇的数字孪生体,从边界条件完备性与几何模型完备性方面分析了不同数值模型对涵道风扇数值孪生结果的影响;再结合现代高性能计算技术提出了一种压气机数字孪生过程中的高效计算技术,并针对某15级压气机开展了多级全环非定常模拟仿真计算。结果表明：满足压气机数值模型完备性要求是实现压气机数字孪生体准确性的前提,同时采用2层次计算模型的高效计算技术是获得压气机孪生模型的一种有效手段。     

网格计算在工业过程控制中的应用前景

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术,充分利用现有资源提供高性能的计算能力。现在的生产过程越来越向大规模复杂化方向发展,过程控制需要新的控制模型和控制方法来解决这些问题。但现有的计算能力无疑又限制了控制技术的应用,将高性能的网格计算运用到过程控制当中可以提高控制模型和控制算法的计算速度,也将大大提高其控制品质和应用范围。     

基于SPN的近距平行跑道容量建模与分析

跑道理论容量计算是机场容量评估的一项重要内容。传统方法是针对跑道实际运行情况建立特定的数学模型进行粗略计算,本研究则采用随机Petri网(stochastic Petri net,SPN)建立通用的近距平行跑道运行模型,通过同构马尔科夫链,建立系统稳态概率表达式,进而建立跑道容量数学模型。在此基础之上,将跑道容量的影响因素映射成相应变迁的激发率,通过对激发率的调整,实现了不同条件下交替起降近距平行跑道容量的计算与分析。与传统方法相比,该方法所建模型可复用性强,参数调整更为灵活,为跑道理论容量的计算与分析提供了新的解决方案。     

基于可靠性的涡轮叶片双循环多学科设计优化

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL-RF)可靠性计算方法和优化算法以双循环可靠性优化方法相结合,实现基于可靠性的多学科设计优化模型.实例分析表明,在保证结构的可靠度要求条件下,设计结果满足性能最优.验证了基于可靠性多学科设计优化方法在工程实践中的应用是可行的.      

可压缩流动激波装配在格心型有限体积法中的应用

发展了一种基于格心型有限体积方法(FVM)的激波装配算法。通过定义网格节点属性可以灵活调用激波装配和激波捕捉计算方法。在使用激波装配方法时,激波节点运动速度和下游运动速度通过Rankine-Hugoniot(R-H)关系式获得,同时采用非结构动网格技术描述激波的运动以及调整其他网格节点的位置。流过激波面元的通量为上游单元的基本通量,物理概念更加清晰,通量计算也更为准确。在计算过程中,网格节点属性可以发生变化,以此实现对带有拓扑变化流场的描述。数值试验表明:本文提出的计算方法不但具有较高的计算精度,同时能有效地避免由于捕捉激波而出现的数值问题。     

高性能计算门户开发与应用研究

为实现高性能计算中心的计算资源、软件资源、数据资源的有效共享和高效使用,提高研究软件的生产率及科研技术人员的工作效率,有助于用户访问并使用计算中心软硬件资源,设计并开发了高性能计算门户(HPCP)。HPCP将计算流体力学、计算结构力学和计算声学等多种计算软件集成在一个统一便捷的用户界面中,提供一个多学科交叉的高性能计算服务平台。基于LSF集群作业调度基本策略,开发以用户优先级、用户作业占用资源时间和队列作业派遣吞吐量等方面为衡量标准的公平分享调度策略,对于高优先级任务采用抢占调度策略。将在优化作业调度策略及数据搜集、提炼、分析等方面对HPCP开展深入研究,以构建精准、完善的计算及数据服务。     

中航工业高性能计算和网格应用系统

简要介绍了网格计算在航空工业的应用情况,提出了中航工业高性能计算和网格应用系统AVICGrid的总体框架,及其在飞机高精度大规模气动计算、气动弹性优化设计和数字化装配等三个典型应用方向的网格实现技术,实现了AVICGrid原型系统,为通过网格计算技术提供全行业高性能计算服务打下基础。     

跨、超音速流动的区域分解方法与并行算法

研究二维跨、超音速无粘性流动的 Euler方程区域分解方法、并行算法及其应用。通过内边界耦合条件实现相邻子区域解的光滑过渡,以得到总体流场的数值解。发展了一种多块区域之间守恒型的有效内边界耦合方法,对二维翼型跨音速流动和钝头体超音速流动等进行了分区数值求解,分区计算结果与其他单区计算结果作了比较,并讨论了多种区域分解数目的分区计算效率。并行计算采用纯结点并行编程方式和“先进先出”的同步控制等待机制,利用 PVM并行环境对二维绕翼型跨音速流动做了二区和四区分区并行计算。     

E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战

E 级(Exascale)计算机有望在2020年前后投入使用,E 级计算将给计算科学和科学研究带来革命性的变化。计算流体力学(CFD)作为超大规模计算机应用的重要领域之一,将迎来前所未有的发展机遇,同时也将面临极其严峻的技术挑战。本文对当前国内外超大规模 CFD 计算的现状进行了概述,探讨了未来 CFD 的发展趋势,并对 E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战进行了分析,最后提出了适应未来 E 级计算的 CFD 发展思路与建议。为了实现 E 级计算的宏伟目标,CFD 与计算机科学、应用数学等学科的“协同设计”势在必行。我们期待本文的分析能对我国的高性能计算应用、CFD 发展有一定的启示作用。     

面向机载应用的领域专用加速器研究

机载环境下数据处理规模的剧增以及人机混合智能的应用使得传统的以CPU 为核心计算单元的架构 已不能满足计算需求。在满足延时、精度等指标的情况下,选用高能效的处理器或处理器组合来快速准确地处 理这些数据成为机载计算领域面临的重要问题。按照常规处理器、领域专用加速器两大类型对各自主要代表性 处理器的架构特点进行了分析和总结,得出了各类处理器在机载情况下的主要适用场景和应用情况。根据领域 专用的设计思想开发了面向数据关联应用的专用加速器,对数据关联算法中的统计距离计算和分簇处理这两个 计算瓶颈进行了定制化的加速设计,并在基于FPGA 的平台上进行了测试验证,结果表明,加速器对于统计距 离计算的加速效果约为FT2000/4 单核性能的10 倍,对于分簇处理的加速效果约为FT2000/4 单核性能的3 倍, 整体运算速度相比FT2000/4 处理器的单核提升了5 倍。     

并行计算性能可视化方法研究

分布式并行系统中,并行程序通常表现出比传统串行程序复杂得多的行为。影响并行程序性能的各种因素的交互作用,使得获得好的并行计算性能成为系统设计者和用户所面临的极大挑战。近年来的研究表明,并行程序的性能可视化方法和工具在帮助用户理解并行程序行为和优化性能等方面起到了很大的作用,成为各种并行性能分析优化工具不可缺少的一部分。本文较为系统全面地综述了并行计算性能可视化方法研究的发展状况,讨论了其面临的主要困难及可能的解决方法,并指出了未来的若干研究方向。     

基于图剖分的多块结构网格负载平衡方法

负载平衡是影响并行计算性能的重要因素。针对多块结构网格,给出了一种改进的多层次图剖分负载平衡方法。该方法设计了新的网格剖分算法,采用改进的子块分裂方法与图剖分算法的循环调用实现结构对接网格剖分,并通过建立不同物体重叠网格间的连接关系,实现了结构重叠网格的负载平衡。采用2个典型算例对方法进行了对比验证,数值结果表明,子块分裂方法对剖分结果具有重要影响,采用循环调用算法及改进的子块分裂方法能有效地实现计算负载均衡及通信量优化,同时显著减少了网格块数及因虚网格导致的内存需求,有利于提高并行效率。该负载平衡方法与网格拓扑无关,适用于多块结构对接网格及重叠网格,且整体型剖分方式对于多块结构重叠网格具有更好的剖分效果。     

方向交替隐含法并行计算的一种模型

介绍了流体力学计算中运用的方向交替隐含法和求解三对角方程组的追赶法，提出了利用方向交替法并行求解流体力学问题的一种模型。该模型将计算中的通信复杂度降到了很低的情况。给出了该模型的节点机互连结构及其数据的划分及存储方式，确定了共享数据和其主、从节点，讨论了共享数据的交换方法，并给出了并行计算的实现细节。     

网格技术

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术，网格是Internet的发展方向。文章阐述了网格的定义、体系结构、以及实现网格计算的关键技术，介绍了国内外网格技术的研究现状、应用前景和发展趋势。     

CFD软件自动化验证确认云平台设计与实现

针对大型计算流体力学(CFD)软件的验证与确认,为了减少人工成本,提高软件质量和开发效率,并适应于未来高性能计算发展的要求,基于云计算思想,提出了自动化测试云平台的解决方案。该方案采用模块化的浏览器/服务器(B/S)网络架构;利用LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP/Python)开发工具;建立了持续集成的专业数据库;构建了涵盖可靠集群监控、复杂作业调度及大规模并行计算功能的云端环境;实现了通过便捷的网络访问,自动加载测试算例、提交集群计算、监测实时进度、自动化后处理、输出分析结果,并提供丰富的实验对比图、误差分析报表和汇总报告等;完成了对大型CFD软件的自动化验证与确认。将该方案应用于某大规模并行计算的CFD软件,验证了该解决方案的可行性与实用性。     

基于统计分析模型的飞行器落点预报方法

目前飞行器落点预报主要采用人机交互方式进行处理,而不同人员计算出的结果存在较大差异.针对该问题,提出了一种基于四阶龙格库塔计算方法的落点预报分布式计算统计分析模型.该模型根据飞行器的运行轨迹特性和在无动力、无控制、常质量段的预报落点具有集中分布的特点,采用零假设和备择假设统计方法对预报落点过滤选择,并对有效预报落点求其数学期望值.采用实际测量数据对所提出的模型进行了可行性和有效性验证,试验结果表明,该模型不仅具有较强的实时性、稳定性,而且当飞行器运行距离在数千千米时,该方法计算出的平面位置误差仅为几十米.