Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0092

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0092
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша Российской академии наук"
Название доклада
Разработка программного обеспечения для моделирования аэродинамических и аэроакустических характеристик винта вертолета на суперкомпьютерах
Докладчик
Бобков Владимир Георгиевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка методов и алгоритмов численного моделирования аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета и создание на их основе прототипа проблемно-ориентированного программного комплекса NOISEtte.Rotor, обеспечивающего снижение временных и финансовых затрат на решение задачи разработки вертолета нового поколения.
Актуальность и новизна исследования
Проводимые исследования и разработка весьма актуальны, что подтверждается общемировой практикой интенсивного внедрения численного эксперимента в процесс разработки летательных аппаратов.
Новизна представленных разработок заключается в использовании оригинальных численных методик повышенного порядка точности, применимых для моделирования генерации и распространения акустических возмущений. А также в высокоэффективной параллельной реализации данных методик, позволяющих решать задачи с использованием суперкомпьютеров.
Разработка подобных вычислительных инструментов позволит в перспективе существенно снизить число аэродинамических и акустических испытаний производимых в процессе разработки новых вертолетов и элементов их конструкций, тем самым существенно удешевив и ускорив процесс разработки новых летательных аппаратов.
Описание исследования

Основным объектом ПНИ является винт вертолета при различных режимах полета. Целями же ПНИ, являются разработка методов и алгоритмов моделирования аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета, а также создание на их основе прототипа проблемно-ориентированного программного комплекса(ППОПК).

В процессе работы реализованы методики параллельного расчета на неструктурированных гибридных сетках со скользящими интерфейсами во вращающейся неинерционной системе координат в сочетании с методами повышенного порядка для решения задач расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета при различных режимах полета.

Методики реализованы в ППОПК NOISEtte.Rotor. В ходе ПНИ проведена верификация ППОПК NOISEtte.Rotor на ряде модельных задач. Также в присуствии представителей индустриального партнера успешно проведены экспериментальные исследования ППОПК NOISEtte.Rotor на основе реальной задачи об определении аэродинамических характеристик конфигурации "винт в кольце".

Успешно проведена валидация ППОПК NOISEtte.Rotor на промышленно-ориентированной задаче по расчету аэродинамических характеристик модельного четырехлопастного винта «ПСВ/092/#1», подтвердившая что разработанный ППОПК NOISEtte.Rotor позволяет получать необходимые для вертолетной промышленности аэродинамические характеристики винтов сложных форм и конфигураций.

На финальном этапе будет проведена валидация ППОПК NOISEtte.Rotor на промышленно-ориентированной задаче по расчету акустических характеристик модельного четырехлопастного винта «ПСВ/092/#1»

Результаты ПНИ могут быть востребованы в отраслевых НИИ, конструкторских бюро, научно-технических объединениях и подразделениях предприятий авиационной промышленности, занимающихся разработкой перспективных вертолетов.

Результаты исследования

В соответствии со спецификой задачи обтекания винта вертолета определены описывающие ее базовые математические модели. Для моделирования подвижных элементов конструкций винта введена неинерциальная вращающаяся система координат, для которой получена модель Навье-Стокса, записанная в проекциях вектора скорости на неподвижную систему координат. Для этой системы сформулированы граничные условия в дальнем поле течения и на твердой поверхности (как вращающейся, так и неподвижной).

Для систем уравнений, лежащих в основе математической модели, построена пространственная аппроксимация на гибридной сетке, состоящей из тетраэдров, пирамид, призм и гексаэдров. Пространственная дискретизация членов конвективного переноса построена на основе метода конечных объемов.

Разработан эффективный параллельный алгоритм для предложенных численных методов на основе гибридной методики соответствующей архитектуре современных суперкомпьютеров: первый уровень параллелизации алгоритма, реализующий межузловые коммуникации, построен на основе MPI подхода, второй, внутри вычислительного узла для ядер с общей памятью, – на основе многопоточного OpenMP распараллеливания.

Разработана Программа и методики экспериментальных исследований прототипа проблемно-ориентированного программного комплекса (ППОПК) NOISEtte.Rotor.

Выбрана промышленно-ориентированная задача для валидации ППОПК NOISEtte.Rotor. В качестве нее взята задача обтекания перспективного скоростного винта (ПСВ) «ПСВ/092/#1» вертолета.

Разработан прототип проблемно-ориентированного программного комплекса (ППОПК) NOISEtte.Rotor для расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета при различных режимах полета с использованием суперкомпьютера.

Проведен анализ корректности передачи данных для различных конфигураций используемых ресурсов суперкомпьютера в ППОПК NOISEtte.Rotor.

Проведен выбор, обоснование и описание модельных задачи для верификации численных методик реализованных в ППОПК NOISEtte.Rotor для расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета при различных режимах полета.

Успешно проведена верификация разработанных и реализованных в прототипе проблемно-ориентированного программного комплекса NOISEtte.Rotor для расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета модели и численных методов путем решения модельных задачи.

В соответствии с разработанной ранее Программой и методикой экспериментальных исследований прототипа проблемно-ориентированного программного комплекса NOISEtte.Rotor успешно проведены  экспериментальные исследования ППОПК NOISEtte.Rotor подтвердившие соответствие результатов выполненных работ требованиям ПНИна задаче об обтекании четырехлопастного винта в кольце.

Успешно проведена валидация прототипа ППОПК NOISEtte.Rotor на основе ранее выбранной промышленно-ориентированной задачи по расчету аэродинамических характеристик винта «ПСВ/092/#1».

Успешно проведена оценка фактической параллельной эффективности ППОПК NOISEtte.Rotor на различных конфигурациях используемых ресурсов суперкомпьютера для выбранной промышленно-ориентированной задачи по расчету аэродинамических характеристик винта «ПСВ/092/#1», подтвердившие соответствие результатов выполненных работ требованиям ТЗ.

Практическая значимость исследования
В дальнейшев планируется апробация индустриальным партнером ППОПК NOISEtte.Rotor для анализа аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета на раннем этапе разработки летательного аппарата с параллельной доработкой ПК в соответствии с требованиями индустриального партнера.
Имеется возможность создания серийного программного продукта для расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета в ходе последующего ОКР и внедрение его заказчиками в процесс разработки вертолетов.
Ожидаемая экономия за счет сокращения числа натурных экспериментов и ускорения получения и последующего анализа характеристик винта составляет до 10% от общей стоимости разработки винта вертолета.
Постер

Poster_KA92_TS.ppt