存储网格的体系结构及关键技术研究

代表未来计算模式的网格计算对现有存储模式提出了新的挑战,存储网格是适应未来需要的新型存储体系结构.描述了存储网格的基本特性,研究并设计了存储网格的一种体系结构,对存储网格的核心问题及关键技术进行了探讨.     

三维非结构网格DSMC并行算法及应用研究

基于PC-CLUSTER机群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了三维非结构网格DSMC并行算法。提出一类基于结构背景网格上的非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了两类符合DSMC并行原理的通讯法:单步通讯法与多步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了三维非结构网格DSMC整体并行算法。给出了跟踪模拟分子在四面体网格间迁移运动的详细计算过程。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了并行模拟,验证并行算法的有效性。     

基于网格的分布式仿真技术

介绍了网格技术及其国内外研究情况、基于网格的分布式仿真的关键技术 ,包括 :体系结构、自适应网格动态变化技术、负载平衡技术、通信质量控制技术。     

浅议网格技术

网格作为下一个信息技术发展浪潮的高峰,具有广阔的应用前景。论文从网格的概念和特征入手,分析了现存的网格体系结构及实现网格的关键技术,探讨了网格的应用前景,并且对保障网格技术健康发展提出了若干建议。     

三维烧蚀内部热响应数值计算研究

对热解型碳化复合材料三维烧蚀内部热响应数值计算关键技术进行了研究。采用碳化层—热解面—原始材料层模型,将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过有限元法建立移动边界条件下温度场求解方程组,采用Gauss Seidel迭代法计算热解气体质量流量和温度场。同时,研究和分析了三维烧蚀移动边界处理方法以及动网格生成方法。由于每个时间步都需要网格重划,烧蚀热防护数值计算对存储效率和计算效率要求较高,本文研究了内部热响应计算中影响存储效率和计算效率的主要因素,并提出了相应的压缩存储方案和求解方案。计算结果表明,移动边界处理方法准确合理;存储方案的存储效率较高;保持刚度矩阵和形函数矩阵正定对称性可以加快温度场计算的收敛速度。     

粘弹性应变能释放率的虚拟网格计算方法

应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟网格信息并结合虚拟裂纹闭合方法,开展应变能释放率的数值计算。虚拟网格方法在应对裂纹扩展过程中任意复杂网格形式的同时,不再需要对原始裂纹尖端进行精细网格划分。两种典型断裂模式下的算例仿真结果表明,全积分形式的虚拟网格方法可以实现低泊松比条件下应变能释放率的高精度数值计算,相对误差均在5%以内。为了应对高泊松比下的断裂问题,设计了虚拟网格方法的缩减积分方案;缩减积分方案下的应变能释放率相对误差在1%左右,计算精度较全积分方案大幅提高。     

基于全球网格的卫星成像区域目标规划算法

针对多颗成像对某一特定区域协同观察的问题,提出了一种基于全球网格的区域目标规划算法。考虑到卫星幅宽、网格数据更新速度、条带计算精度等因素,采用军用分幅标准对全球进行网格划分,选定1∶50 000作为基准比例尺,并采用网格金字塔实现条带计算精度和网格可见性数据更新速度的平衡;通过并行多节点的点目标访问,计算特定时间段内全球网格的观测可能性,并记录所有网格的可见时刻及对应的卫星姿态信息;按照覆盖面积最大、单次成像最优、加权最优等规则通过贪婪算法依时间顺序选定不同条带,生成对应的协同方案。文章针对不同大小的区域设计了3个试验进行仿真,结果表明:该算法能适应不同大小区域的多星协同观测,反应速度能够达到10秒量级,可为多卫星区域协同观测设计提供参考。     

基于多块结构网格的并行计算及负载平衡研究

从并行计算流体力学程序的稳定性和效率两大问题入手,针对多块结构网格的通用数据传输方法和基于遗传优化算法的负载平衡方法,并在已有串行多块结构网格程序基础上发展了相应的并行程序.该并行程序以物理区域分割为基础,采用MPI实现消息传递,适用于各种不同的并行机体系结构,具有很好的可移植性.大量数值实验证明,本文发展的并行程序具有良好的稳定性和并行效率,可以进一步应用于大规模实际工程计算.     

基于ABAQUS的复合材料网格筒分层破坏分析

复合材料网格筒结构由于极优的高比强度及比刚度特性,在运载火箭、飞机、卫星等航空航天结构中得到广泛应用。采用ABAQUS对复合材料网格筒结构进行精细化建模,详细分析了复合材料网格筒中的应力分布、分层破坏形式,研究了网格分层破坏出现的位置及对其整体刚度的影响。对网格筒桁条交界处的应力进行详细分析,研究了工艺缺陷对其破坏模式的影响。根据整体分析结果及局部分析结果,设计了承载能力为3500kN,质量为30kg的复合材料网格筒结构。研究成果将为复合材料结构网格筒的分析及设计提供参考。     

组合式数值网格生成

本文针对流场特点,采用组合式数值网格,即流场内部采用球对称贴体网格、外部采用轴对称网格,对该种结构网格的分布和两组网格在交界处的结合进行了研究.通过泊松方程把物理网格变换成计算网格,并对网格分布的控制进行了研究.提出并采用了滑移边界,保证了边界上网格的正交性.研究方法和结论可以应用于类似问题的数值分析中.     

6G时代卫星算力网络发展思考

卫星已被广泛认为是6G网络的重要组成部分，卫星算力网络结合实时网络和计算资源状况，进行卫星计算节点间的任务调度，能够满足多样性业务的时延要求，实现在轨通信、处理、存储等资源的高效利用。首先，阐述卫星算力网络的概念内涵，对卫星通信网络的发展现状和趋势进行了总结；其次，从总体架构、硬件组成和软件架构三方面给出了卫星算力网络的设计考虑；最后，对卫星算力网络所面临的技术挑战进行总结，对卫星算力的发展进行了展望。     

运载火箭试验大数据存储架构设计与应用

运载火箭试验产生的数据量呈现出爆炸式增长,主要特点表现为数据种类多、数据密度大、数据持续时间长。传统单机部署和基于关系型数据库与文件的系统架构的不足逐渐显现,不同种类的数据不做区分存储,存储和查询效率低,数据无备份,存在单点故障导致数据丢失的问题,无法满足海量数据场景下的存储计算业务需求。利用大数据技术思想,针对运载火箭存储计算业务的需求,设计出一套运载火箭试验大数据存储架构,并给出了各存储组件的存储模型设计方法。通过实际工程应用表明：该架构具备良好的可靠性、可扩展性和可维护性,是一种切实可行的大数据存储架构设计,能够满足运载火箭试验数据的存储计算等业务需求。     

Novel extraterrestrial processing for space propulsion

The concept of space processing of chemicals, in general, and propellants, in particular, is explored quantitatively. The theoretical parametric calculations are supplemented by a bench scale experiment. It is seen that for several candidate space mission scenarios (recommended by several committees for the near-term future, i.e. 1990–2000 A.D.), space processing of both space resources and Earth-carried resources can make decisive differences in the mission success for a given payload. To fix ideas and to demonstrate trends, the specific case of water splitting to extract oxygen, discard (or use without storage) the resulting hydrogen, and burn Earth-carried non-cryogenic liquid fuel(s) in a simple rocket motor, designed for periodic thrusting, is treated in some detail. Experimental hardware is assembled and demonstrated to perform adequately, besides showing compactness of the space-packaged “capsule” module that is self-contained.Building upon previous studies (Ash et al., IAF-82-210, 1982), the concept of in situ propellant production (ISPP) is reexamined in light of more recent energy and materials technologies. Missions to comets and Mars Sample Return are mentioned as candidate scenarios. The mission duration, reliability-repairability of hardware, resource availability in low Earth orbit (LEO), and the thrust requirements are considered in turn. It is seen that space storage of hydrogen for extended durations (5–10 years) involves problems that require detailed studies, besides involving many presently unanswered issues. A study of the energy option in LEO and in deep space is developed in simple terms. The different solar, radioisotope, and nuclear power sources are mentioned. Storage and handling of raw and processed chemicals are considered.Applications of state-of-the-art technologies are explored using a concept of incremental small steps; this approach would decrease risk and cost yet lead toward fully autonomous energy -processing hardware for future missions. Operations in microgravity and large structure behavior are also mentioned. The paper ends with a brief summary of available options, influences of possible future technologies and breakthroughs, and an examination in light of possible future (beyond 2000 A.D.) missions.     

开放式超高速空间智能数传系统研究

开放式超高速空间智能数传系统具有针对超高速载荷数据输入、基于开放式架构设计实现在轨智能信息处理的特点。文章中研究超高速复杂数据流控制与路由交互技术,采用具备空间环境适应性的高可靠光电模块等高速传输接口,先进的星型路由处理拓扑架构,制定统一数据标准协议,构建开放式超高速星载处理系统平台的方法。通过平台集成共用、架构在轨重构、软件上注更新方式实现各种先进智能处理算法应用。研究多源数据分类存储和管理技术,解决了海量多组高速数据存储和检索问题,满足高达数百Tb的超大数据存储检索能力。通过设计仿真和试验验证了系统功能性能。实现了具有数百Gbps高实时性载荷数据信息处理能力、灵活空间智能处理功能和开放式架构的新型空间智能数传系统。     

液体火箭发动机高速采集数据工程数据库设计及应用

叙述了基于SQLSever数据库平台的液体火箭发动机高速采集数据工程数据库的架构设计及海量存储技术在试验数据分析过程中的应用.该数据库对提高数据管理水平、提高数据利用率及发动机的研制具有极大的帮助.数据库的架构设计较好的满足了试车高速采集数据及分析结果的分类存储、检索及查询.海量存储技术的应用解决了非结构化数据的快速存...     

认知雷达系统概念和体系架构研究

认知雷达作为一种全新的智能化雷达概念,可以有效提升雷达在复杂地理和电磁环境中的探测性能,被认为是未来雷达发展的方向。针对认知的基本概念,探讨了认知雷达的基本内涵和概念,并提出了层次化的知识体系和处理流程,给出了认知雷达的系统架构。     

A practical small satellite variable-speed control moment gyroscope for combined energy storage and attitude control

A recent effort to develop single-gimbal variable-speed control moment gyroscopes (VSCMGs) for a combined energy storage and attitude control subsystem (ESACS) on small satellites has culminated in laboratory validation of the concept. A single actuator prototype comprised of a cutting-edge Carbon Fiber rotor and COTS motor/generator components has been developed, balanced, bench tested, and integrated onto a spherical air-bearing structure. This structure is used to demonstrate the primary capability of a VSCMG to act as a dynamo whilst simultaneously changing a spacecraft's orientation in a controlled fashion. As originally predicted, the actuator's flywheel spins up when energy is supplied (supported via a direct energy transfer power architecture), then spins down when the energy source is removed, porting the energy released to run a resistive load.The work presented gives an overview of the governing principles of the technology, addresses the underlying mission and design requirements, and presents the prototype design. Then, effectiveness of the prototype integrated on a three-axis test article is presented along with its associated test data. Finally, discussion of these results and identification of future research concludes the work. The benefits of this technology for future space missions are that system consolidation permits mass reduction, higher instantaneous peak power is available as compared to conventional secondary battery systems, state-of-charge measurement is readily available from wheel speed feedback, and torque amplification through gimballing permits efficient actuator control. The technology demonstrated is exciting and leaves the door open for future development via inclusion of magnetic levitation.     

长期贮存对卫星典型结构件的形变影响分析

某大型卫星经历了长期的地面贮存,从结构生产完成至卫星发射历时9年。文章提取此卫星承力筒、结构板的工程数据,与同类型其他卫星的数据进行对比分析,总结出长期贮存后卫星承力筒和典型结构板——对地板的形变规律,并探讨影响结构变形的原因。研究结果可为后续卫星的贮存设计、贮存试验以及贮存后影响分析提供指导和借鉴。     

运载火箭电液推力矢量控制系统总体设计策略研究

对典型运载火箭电液推力矢量控制（Thrust Vector Control,TVC）系统结构进行分析,对不同TVC系统中的共性问题进行归纳总结,并对先进技术在TVC系统中的应用前景进行分析和预测。给出了电液TVC系统总体设计时需要考虑的三条准则,提出使用结构设计选择树设计方法完成电液TVC系统的总体设计,使得整个设计过程变得更加简便、直观。最后以一型大推力液氧煤油发动机高可靠性电液TVC系统的总体设计为例,给出了基于结构选择树设计方法的电液TVC系统总体设计流程。