Centrum pro simulaci pokročilých raket - Center for the Simulation of Advanced Rockets

CSAR
Logo CSAR
Založený1997
UmístěníUniversity of Illinois v Urbana-Champaign
odděleníVýpočetní vědy a techniky
Fotbalová brankaVyvíjejte přesné výpočetní modely systémů raketových pohonných látek v pevné fázi
PersonálCca. 80 Fakulta, zaměstnanci a studenti [1]
Oblasti výzkumuKapaliny a spalování

Konstrukce a materiály

Počítačová věda

Systémová integrace

Integrace nejistoty

The Centrum pro simulaci pokročilých raket (CSAR) je mezioborové výzkumná skupina na University of Illinois v Urbana-Champaign, a je součástí Ministerstvo energetiky Spojených států je Pokročilý simulační a výpočetní program. Cílem CSAR je přesně předpovědět výkon, spolehlivost a bezpečnost raket na tuhá paliva.[2]

CSAR byla založena v roce 1997 jako součást Pokročilého simulačního a výpočetního programu ministerstva energetiky. Cílem tohoto programu je „umožnit přesnou predikci výkonu, spolehlivosti a bezpečnosti složitých fyzických systémů pomocí výpočetní simulace.“ CSAR rozšiřuje tento motiv do oblasti pevných látek raketová paliva, konkrétně těch, které používá Raketoplán.[1]

CSAR si klade za cíl být schopen simulovat celé raketové systémy za normálních a neobvyklých situací. To zahrnuje vysoce přesné modelování komponentů a dynamiku toku paliva a dalších faktorů prostředí. Toto modelování vyžaduje velký výpočetní výkon, řádově tisíce procesorů. Rozvoj výpočetní infrastruktury je pro dosažení jejich cíle zásadní.[1]

Oblasti výzkumu

Existuje několik oblastí zkoumaných CSAR.[3] Fyzické simulace jsou implementovány v softwarové sadě Rocstar společnosti CSAR.

  • Kapaliny a spalování - Studie o tom, jak jsou paliva rakety zapalována a směrována tak, aby poskytovala tah.
    • Vícefázový tok
    • Modelování turbulencí
    • Víceúrovňové zrychlení (pomocí „časového přiblížení“)
    • Morfologie / charakterizace pohonné látky
    • Modelování spalování pohonných hmot
  • Konstrukce a materiály - Analýza fyzické struktury rakety
    • Konstitutivní modelování a modelování poškození
    • Šíření trhlin
    • Víceúrovňové modelování materiálů
    • Molekulární modelování materiálových rozhraní
    • Časoprostorové diskontinuální Galerkinovy ​​metody
  • Počítačová věda - Vývoj pokročilých simulačních a vizualizačních nástrojů
    • Prostředí paralelního programování
    • Paralelní I / O
    • Paralelní modelování a predikce výkonu
    • Síťování
    • Hybridní rozdělovač geometrických / topologických sítí
    • Vizualizace
  • Systémová integrace - efektivním spojením dostupných nástrojů a zdrojů
    • Objektově orientovaný integrační rámec
    • Flexibilní paralelní orchestrace
    • Stabilní spojka komponent a krokování času
    • Přesný a konzervativní přenos dat založený na společném zdokonalování
    • Stabilní a efektivní šíření povrchu
  • Kvantifikace nejistoty - Určení přesnosti a spolehlivosti výsledků simulace
    • Techniky shlukování pro kvantifikaci nejistoty na základě vzorkování

Výpočtové prostředí

Fyzické simulace se provádějí pomocí CSAR Rocstar sada aplikací numerického řešiče. Rocstar byl postaven společností CSAR a je navržen tak, aby fungoval efektivně na masivně paralelních počítačích. Implementace Rocstar probíhá v MPI a je zcela kompatibilní s Adaptivní MPI. Rocstar je v současné době ve své třetí verzi, Rocstar 3. Dokumentace k používání Rocstar 3 je k dispozici na webu a Uživatelská příručka.

CSAR používá pro své simulace řadu superpočítačových zdrojů. Spolu s CSAR se Národní centrum pro superpočítačové aplikace se nachází na University of Illinois v Urbana-Champaign. CSAR využívá výpočetní prostředí poskytované NCSA pro mnoho simulací. Univerzitní oddělení výpočetní vědy a techniky má superpočítačový klastr známý jako Turing, který také využívá CSAR.[4]

Výpočtové prostředí používané CSAR využívá práci provedenou University of Illinois ' Laboratoř paralelního programování, zejména Kouzlo ++ a adaptivní MPI.[5] Tyto rámce paralelního programování umožňují vývoj aplikací, které lze snadno škálovat na tisíce procesorů, což umožňuje rychlé dokončení vysoce složitých výpočtů. The Systém za běhu zaměstnaný v Charm ++ i AMPI má dvě primární funkce, které používá software CSAR: vyvažování zátěže, které pomáhá zlepšit výkon tím, že udržuje práci rovnoměrně distribuovanou ve všech procesorech, a kontrolní bod, který umožňuje uložit a restartovat zdlouhavý výpočet bez nutnosti začít znovu.

Pomocí těchto vysoce paralelních nástrojů vytvořili vývojáři CSAR řadu komponent, které jsou schopné simulovat různé fyzikální jevy související s raketovým pohonem. V kombinaci poskytují kompletní simulační prostředí. Níže je uveden seznam všech modulů Rocstar a odkazy na jejich příslušné uživatelské příručky.

Moduly Rocstar[6]
PolenázevUživatelský manuálPopis
SpalováníRocburn[1]
KapalinyRocfloMP[2]
RocfluMP[3]
Roctpart[4]
Rocturb[5]
Rocrad[6]
Pevné látkyRocfrac[7]
Rocsolid[8]
Počítačová vědaRocman[9]
Roccom[10]
Rocface[11]
Rocblas[12]
Rocin[13]
RocHDF[14]
Rocmop[15]
Rocrem[16]
Rocketeer[17]Vizualizační nástroj pro složité 2-D a 3-D datové sady.
UtilityRocbuild[18]
Roctest[19]
Rocdiff[20]
Rocprep[21]

Události

Reference

  1. ^ A b C O společnosti CSAR Archivováno 13. Května 2008 v Wayback Machine Citováno 10. října 2008
  2. ^ Domovská stránka CSAR Archivováno 6. Října 2008 v Wayback Machine Citováno 10. října 2008
  3. ^ Základní výzkum v CSAR Archivováno 10. května 2008 v Wayback Machine Citováno 10. října 2008
  4. ^ Výpočet CSAR Archivováno 1. února 2009 v Wayback Machine Citováno 11. října 2008
  5. ^ Laboratoř paralelního programování: Simulace raket Citováno 11. října 2008
  6. ^ Softwarová dokumentace CSAR Archivováno 13. Května 2008 v Wayback Machine Citováno 15. října 2008
  7. ^ Mezinárodní sympozium o modelování a simulaci pevných raket Archivováno 13. Května 2008 v Wayback Machine Citováno 10. října 2008