НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o071.pdf (1186.74Кб)

УДК 533.6:51.001.57

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана ОАО "ВПК "НПО машиностроения"

Представлено описание распределенного алгоритма и структуры реализующего его программного комплекса в котором программа расчета динамики старта летательногог аппарата в условиях взаимодействия с потоком среды дополняется программой для определения нестационарных гидродинамических нагрузок методом вихревых элементов.
Отличительной особенностью разработанного комплекса является совместная работа локальной (работающей на одном вычислительном ядре) программы LEAVING для расчета динамики старта и параллельной (работающей на нескольких вычислительных ядрах) программы MDVDD для расчета нестационарного вихревого обтекания и вычисления гидродинамических нагрузок. Программа LEAVING является ведущей программой. Она запускается на выполнение и запускает затем программу MDVDD в параллельном режиме на заданном количестве вычислительных ядер. Использование технологии MPI позволяет задействовать для проведения вычислений многопроцессорный персональный компьютер или несколько персональных компьютеров, объединенных в локальную сеть. Интегрирование уравнений динамики упруго-массовой модели и уравнений эволюции параметров вихревых элементов производится с одинаковым шагом по времени. Взаимодействие между программами на шаге осуществляется в асинхронном режиме при помощи механизма событий (Events) операционной системы Windows. Организация интерфейса между программами LEAVING и MDVDD построена при помощи технологии FileMapping операционной системы Windows, позволяющей отображать и считывать заданную структуру данных на фиксированную область памяти.
Проанализировано ускорение, достигаемое при параллельных вычислениях на различном числе ядер, и дана оценка степени распараллеливания различных операций. Показано что эффективность распараллеливания в разработанном алгоритме получилась ниже, чем при расчете обтекания жестких тел. Обсуждаются причины снижения эффективности.
Показано, что разработанный алгоритм может быть эффективно использован для решения задач на небольшом числе ядер, например на персональном компьютере с одним или двумя четырехядерными процессорами.

1. Александров А.А., Драгун Д.К., Забегаев А.И., Ломакин В.В. Механика контейнерного старта ракеты при действии поперечных нагрузок // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 3. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/631.html (дата обращения 01.01.2015).
2. Дегтярь В.Г., Пегов В.И. Гидродинамика баллистических ракет подводных лодок: монография. Миасс: ФГУП «ГРЦ», 2004. 256 с.
3. Щеглов Г.А. Алгоритм расчета гидроупругой динамики процесса выдвижения тела в пространственный поток // Оборонная техника. 2009. № 1-2. С . 9-14 .
4. Lighthill M.J. Introduction. Boundary Layer Theory // Laminar Boundary Layers / ed. by J. Rosenhead. New-York: Oxford University Press, 1963. P. 54-61.
5. Kempka S.N., Glass M.W., Peery J.S., Strickland J.H. Accuracy Considerations for Implementing Velocity Boundary Conditions in Vorticity Formulations. SANDIA Report SAND96-0583 UC-700. March, 1996. 50 p.
6. Marchevsky I.K., Scheglov G.A. Symmetrical vortex fragmenton as a vortex element for incompressible 3D flow simulation // Proceedings of the 6th International Conference on Computational Fluid Dynamics (ICCFD 2010). P. 897-898.
7. Щеглов Г . А . О применении вортонных рамок в методе вихревых частиц // Вестник МГТУ им . Н . Э . Баумана . Сер . Естественные науки . 20 08. № 2. С. 104-113 .
8. Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методы расчета нестационарных гидродинамических нагрузок. М.: МГУ, 2006. 184 с.
9. Щеглов Г.А., Марчевский И.К. Применение параллельных алгоритмов при решении задач гидродинамики методом вихревых элементов // Вычислительные методы и программирование. 2010. Т . 11, № 1. С . 105-110.
10. Amdahl G. Validity of the Single Processor Approach to Achieving Large-Scale Computing Capabilities // AFIPS Spring Conf. Proc. 1967. Vol. 30. P. 483-485. DOI: 10.1145/1465482.1465560