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真正的CFD高端玩家,10亿网格标配,2万张GPU显卡硬配

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自2019年以来,一个由NASA(美国国家航空航天局)科学家及其合作伙伴组成的团队一直在使用NASA的FUN3D软件,在位于能源部橡树岭领导计算设施(Oak Ridge Leadership Computing Facility,OLCF)的超级计算机上,进行人类规模火星着陆器的计算流体动力学(CFD)模拟。OLCF是位于能源部橡树岭国家实验室的科学办公室设施。

2019年,团队在Summit超级计算机上进行了CFD模拟,分辨率高达10亿个元素,以表征预期油门设置和飞行速度从马赫2.5到马赫0.8的静态车辆空气动力学,这些条件下车辆的火箭发动机将被要求进行初始减速。

2020年,一个密集的代码开发工作集中在将FUN3D的通用反应气体能力移植到Summit的图形处理单元(GPU)加速器上。

2021年,使用Summit上的15000-20000个GPU进行的每次模拟产生的1PB(相当于1000TB)输出数据,为关键的车辆空气动力学差异提供了关键见解,这些差异是在使用先前模拟的完美气体假设时观察到的。    

2022年,团队通过将最先进的NASA飞行力学软件,即程序优化模拟轨迹II(POST2),纳入工作流程,迈出了重大一步。这些专家已经花了几年时间开发一个耦合算法,用实时、基于物理的FUN3D模拟替换POST2中的低阶空气动力学模型,最终实现利用复杂的飞行控制算法的高保真轨迹模拟。

OLCF的Frontier超级计算机的到来对这个项目来说时机再好不过了。随着E级计算能力(每秒超过一千万亿次计算)现在成为现实,团队可以重新引入所需的物理建模和项目生命周期中学到的其他经验教训。

2023年,团队专注于他们多年来一直希望进行的终极模拟:利用世界上最强大的超级计算系统进行真正的自主、闭环试飞。

当八个主发动机用于控制俯仰(上下旋转)和偏航(左右旋转)时,引导系统瞄准指定的着陆区,POST2还发出指令,指示FUN3D定期点火四个反应控制系统(RCS)模块,这些模块环绕在着陆器后部周围,以在空中进行滚动校正。

"第一次,我们能够回到安全控制这种类型车辆的原始问题,"尼尔森说。"在典型的航空航天CFD模拟中,人们可能会计算一两秒的物理时间。在这里,Frontier使我们能够成功地飞行35秒的控制飞行,从8公里(约5英里)的高度下降到大约1公里(0.6英里),当车辆接近着陆阶段时。

"分辨率、物理建模和持续时间超出了我们在传统高性能计算系统上尝试的任何内容,"尼尔森补充说。"在领导规模上实施的GPU的速度确实具有推动作用,我们非常感谢OLCF提供的许多机会和世界级的专业知识。"

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来源:CFD饭圈

通用航空航天UM理论科普控制
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首次发布时间:2024-08-28
最近编辑:2月前
CFD饭圈
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