基于Boltzmann模型方程不同流区复杂三维绕流HPF并行计算

随着现代航空航天快速发展,是否能建立一套可有效模拟稀薄流到连续流各流域绕流问题统一算法,已成为工程应用部门和学术研究领域关心的问题。通过开展基于Boltzmann简化速度分布函数方程数值求解,发展起从稀薄流到连续流统一算法。借助区域分解并行化方法研究建立气体运动论统一算法并行方案,通过对统一算法进行HPF并行化程序设计及算法考验,拟定不同流域三维球体绕流及类"神舟"返回舱外形体绕流算例,进行HPF并行计算,并将计算结果与有关实验数据、DSMC模拟值进行定量比较、分析。研究表明,所发展的统一算法具有很好的并行独立性,基本达到了线性加速的并行效果,算法负载平衡和并行可扩展性较好,可望建立起新型的能可靠模拟不同流域三维绕流问题的HPF并行算法研究方向。     

平行区域导航航路安全性分析

空域容量不足是导致对空域结构进行修改的决定因素之一。修改空域结构又需要一系列技术分析和论证工作,而对修改后的空域进行安全性评估是其中最重要的工作之一。在总结Reich模型和相关文献基础上,完善了在雷达间隔条件下的碰撞风险模型,提出了有雷达管制间隔分别无非侵入区和有非侵入区条件下出现飞行冲突需要管制员干预的计算模型。在上述模型基础上,对现有京沪单航路结构增加了一条平行航路,从而构成平行区域导航航路并对其航路间隔大小进行了分析论证,评估其安全性,同时分析了管制员的干预情况,也为进一步的空域扇区结构调整提供了依据。     

6杆并联机构运动学及杆受力的仿真

在给定的工作空间下,对6杆并联机构动平台的运动过程进行了仿真,用计算机程序模拟了动平台做圆周平动及定点摇动时的速度、加速度及各杆受力的变化情况.通过动平台的速度和加速度曲线,分析了影响动平台运动的准确性和平稳性的原因;通过6根杆的最大受力和动平台最大加速度之间的关系,表明并联机构在给定的工作空间中具有较好的操作灵活性,并可使动平台达到较大的速度和加速度.本文研究结果为并联机床的控制提供了必要的参考.      

基于Lagrange方程三自由度并联机构动力学研究

针对一种三自由度的并联机构采用Lagrange方程建立了动力学方程,得出了机构驱动力显式解.用计算机程序模拟了动平台做圆周运动时驱动力的变化情况以及机构简化所产生驱动力误差的大小,给出了可以对机构进行简化的条件.分析了机构的结构参数与驱动力的关系,为这种机构动力学特性的深入分析和结构优化设计提供了参考.      

网络分布式并行计算的负载平衡

利用分布式系统动态负载平衡的原理,设计了一种适应网络分布式并行计算环境的负载平衡实现机制,采用集中式负载信息收集策略,集中和分布式相结合的传输控制策略.定义了一种新的复合型负载指标来衡量各处理机的负载程度.讨论了相应的理论和实现中的关键问题,给出了主要的实现策略和算法.仿真比较研究表明这种体系结构和相应策略能对网络环境下分布式并行计算提供有力支持.      

一种六杆并联机器人的控制问题和控制器研究

针对一种六杆并联结构工业机器人,研究了其运动学逆解和正解算法,以及它们在开放式数控系统中的具体实现技术,解决了基于逆解算法的实时坐标变换问题和基于正解算法的系统初始化问题,并给出了相应模块与数控系统内核的接口,最后在一种开放式数控系统平台上实际开发成功针对这种并联结构机器人的控制系统,从而得出结论,采用正确的实现技术,并联结构机器人的实时控制问题可以在开放式数控系统中很好地得到解决.      

基于多处理器高距离分辨力雷达算法并行实现

介绍了一个用于跟踪高速目标的基于8片ADSP-TS201 TigerSHARC处理器的实时信号处理机的并行实现.讨论了并行处理机整体结构设计,包括处理器间拓扑结构、通信、同步与控制等.实现并行系统的一个关键是将应用问题优化映射到目标处理机硬件的各个并行部件中,文中在考虑算法复杂度、可分解度、并行度的同时,综合处理机平台处理能力、实时性、处理器间通信量及运算负载的平衡性等因素,实现了算法流程到硬件平台的高效映射.在此基础上,重点研究了系统级、运算级和指令级的并行流水线设计方法,分析了利用SIMD(Single Instruction Multiple Data),静态超标量,BTB(Branch Target Buffer)等并行结构和处理机制对并行汇编指令进行高效的优化.实际的校飞试验验证了该处理机设计与实现方法的有效性、实时性和可靠性.      

基于冗余驱动的大姿态角并联机构优化设计

分析了并联机构的姿态空间,指出了影响姿态空间的因素为物理约束和奇异约束2类,并且分别从这2个方面给出了扩大姿态空间相应的解决方案.以3PRS(Prismatic Revolve Spherical)并联机构为例,提出了采用新的铰链形式和增加冗余UPS(Universal Prismatic Spherical)支链来增大姿态空间的方法,详细描述了动平台能够实现在各个方向90°偏转的机构设计过程,并基于遗传算法以机构整个姿态空间中的灵活度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真证实了可靠性,这对于进一步扩大并联机构的应用范围提供参考.      

基于蒙特卡洛仿真的平行双跑道容量评估方法

跑道容量评估是科学评价跑道规划方案、合理安排航班时刻、精准实施流量管理的重要基础性工作.针对平行双跑道容量评估问题,分析了跑道容量影响因素,考虑到跑道分配、机型分配、起降类型分配、进离港点分配、航班流队列顺序等随机性,采用蒙特卡洛方法模拟变量随机性,按照离散事件系统原理,递归计算每个航班的起降时刻,通过统计1h内的航班数量获得容量值.以西安机场双跑道为例,针对现行的相关进近、独立进近、隔离运行3种模式,分别计算了跑道容量值.仿真计算结果显示,相关进近模式容量60架次/h,独立进近模式跑道容量为78架次/h,隔离运行模式跑道容量为52架次/h,平均每次仿真时间仅为1 min,说明方法效率较高.与2015年高峰61架次/h相比仅相差1个架次,计算结果说明方法是有效的.     

高可扩展格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是计算流体力学中的一种常用方法.由于LBM中的格点仅与相邻的格点间存在数据传递,因此具有良好的并行性.LBM并行算法中的数值通信部分通常采用的是格点上的微观量——分布函数.每次传递的分布函数具有多个不同的速度方向,为了进一步减少LBM并行算法的通信开销,从格子 Boltzmann方法的物理特性以及相应的串行程序为切入点,深层次地挖掘可并行的因子,设计了专门用于通信面的类,使用数量较少的宏观量进行通信,降低了通信所占的比重,缩短了通信时间,提高了加速比和效率.实验表明,在4 096个计算核上依然有良好的加速比和效率.