本申请涉及一种飞行器内外流一体化型面优化方法、装置、设备及介质,首先将构建的飞行器内外流域的三维计算域离散为若干体网格;然后根据数值格式的阶数构造体包含若干体网格一维索引信息的面单元数组;将若干体网格进行分区后分配至GPU上进行并行处理;各GPU通过离散后的计算流体力学方程对体网格进行迭代计算,并基于分界面的面单元数组所包含的体网格一维索引信息,将标记的体网格物理量进行打包并传值,计算力学性能;统计所有力学性能并进行优化,得到最优型面设计方案。本技术采用一维索引的三维分区方法,使得GPU程序可以开展多GPU仿真,从而实现更大规模网格量的计算,提高计算效率和精度。
背景技术
高超声速飞行器对未来超快速交通的前景具有重要的价值,引起了越来越多民用领域的关注。高超声速飞行器的设计可分为理论计算、数值模拟和实验三个部分,当高超声速飞行器结构参数通过理论计算设计好后,首先通过数值模拟进行检验,判断其各项性能指标是否符合要求,然后改进得到符合要求的结构参数进行实验。可以看出高精度的数值模拟可以大幅度的减少实验次数,达到减少设计时间及成本的目的。
数值模拟在高超声速飞行器设计中的作用不可忽视。通过数值模拟,工程师可以在虚拟环境中模拟飞行器在高超声速条件下的行为,研究气动特性、热力学效应和结构应力等关键因素。这使得设计团队能够在实际制造之前更全面地了解飞行器的性能,并且可以在虚拟环境中进行多次修改和优化,大幅度减少实验次数。这不仅提高了设计的准确性,也显著降低了设计周期和成本。
目前,通过计算流体力学(CFD)进行高超声速飞行器的优化设计已经成为缩短研制周期的关键技术,一般基于CPU的计算流体力学程序进行计算时,是针对三维索引的三维网格进行分区。然而,由于对计算精度的要求越来越高,需要基于基于图形处理单元(GPU)来进行计算加速,尤其需要多GPU的集群进行超大规模计算。传统的三维索引可能导致难以直接找到附近的体网格,从而不能充分发挥GPU的强大并行计算性能。
实现思路