El Centro de Simulación de cohetes avanzados ( CSAR ) es un interdisciplinario grupo de investigación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , y es parte del Departamento de Energía de los Estados Unidos 's Simulación Avanzada y el Programa de Informática . El objetivo de CSAR es predecir con precisión el rendimiento, la confiabilidad y la seguridad de los cohetes propulsores sólidos. [2]
Fundado | 1997 |
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Localización | Universidad de Illinois en Urbana-Champaign |
Departamento | Ciencias e Ingeniería Computacional |
Objetivo | Desarrollar modelos de cálculo precisos de sistemas propulsores de cohetes de estado sólido |
Personal | Aprox. 80 profesores, personal y estudiantes [1] |
Áreas de investigación | Fluidos y combustión Estructuras y materiales Ciencias de la Computación Integración de sistema Integración de la incertidumbre |
CSAR se fundó en 1997 como parte del Programa de Computación y Simulación Avanzada del Departamento de Energía. El objetivo de este programa es "permitir una predicción precisa del rendimiento, la fiabilidad y la seguridad de sistemas físicos complejos a través de la simulación computacional". CSAR extiende este motivo al ámbito de los propulsores de cohetes sólidos , específicamente los utilizados por el transbordador espacial . [1]
CSAR tiene como objetivo poder simular sistemas completos de cohetes, en situaciones normales y anormales. Esto implica un modelado muy preciso de los componentes y la dinámica del flujo de combustible y otros factores ambientales. Modelar esto requiere una gran potencia computacional, del orden de miles de procesadores. El desarrollo de la infraestructura computacional es fundamental para lograr su objetivo. [1]
Áreas de investigación
Hay varios campos investigados por CSAR. [3] Las simulaciones físicas se implementan en el paquete de software Rocstar de CSAR.
- Fluidos y combustión : el estudio de cómo se encienden y dirigen los combustibles de un cohete de tal manera que proporcionen empuje.
- Flujo multifásico
- Modelado de turbulencias
- Aceleración multiescala (mediante "zoom de tiempo")
- Morfología / caracterización del propulsor
- Modelado de combustión de propulsante
- Estructuras y materiales : análisis de la estructura física de un cohete
- Modelado constitutivo y de daños
- Propagación del crack
- Modelado de materiales multiescala
- Modelado molecular de interfaces de materiales
- Métodos de Galerkin discontinuos del espacio-tiempo
- Ciencias de la computación : desarrollo de herramientas avanzadas de simulación y visualización
- Entornos de programación paralela
- E / S paralelas
- Modelado y predicción de rendimiento en paralelo
- Mallado
- Tabique híbrido de malla geométrica / topológica
- Visualización
- Integración del sistema: reunir las herramientas y los recursos disponibles de manera eficiente
- Marco de integración orientado a objetos
- Orquestación paralela flexible
- Acoplamiento de componentes estable y paso de tiempo
- Transferencia de datos precisa y conservadora basada en un refinamiento común
- Propagación superficial estable y eficiente
- Cuantificación de la incertidumbre : determinación de la precisión y la confianza en los resultados de la simulación
- Técnicas de agrupamiento para la cuantificación de la incertidumbre basada en el muestreo
Entorno de computación
Las simulaciones físicas se realizan utilizando el conjunto de aplicaciones de resolución numérica Rocstar de CSAR . Rocstar fue construido por CSAR y está diseñado para funcionar de manera eficiente en computadoras masivamente paralelas. La implementación de Rocstar se realiza en MPI y es totalmente compatible con Adaptive MPI . Rocstar se encuentra actualmente en su tercera versión, Rocstar 3. La documentación sobre el uso de Rocstar 3 está disponible a través de una Guía del usuario .
CSAR utiliza varios recursos de supercomputación para sus simulaciones. Junto con CSAR, el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación se encuentra en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . CSAR aprovecha el entorno informático proporcionado por NCSA para muchas simulaciones. El departamento de Ciencias e Ingeniería Computacional de la universidad tiene un grupo de supercomputación conocido como Turing , que también es utilizado por CSAR. [4]
El entorno de cálculo utilizado por CSAR aprovecha el trabajo realizado por el laboratorio de programación paralela de la Universidad de Illinois , en particular Charm ++ y Adaptive MPI. [5] Estos marcos de programación paralelos permiten el desarrollo de aplicaciones que se escalan fácilmente a miles de procesadores, lo que permite que los cálculos altamente complejos terminen rápidamente. El sistema de tiempo de ejecución empleado tanto por Charm ++ como por AMPI tiene dos características principales que utiliza el software de CSAR: equilibrio de carga, que ayuda a mejorar el rendimiento al mantener el trabajo distribuido de manera uniforme en todos los procesadores, y puntos de control, lo que permite guardar un largo cálculo. y reinicia sin tener que empezar de nuevo.
Usando estas herramientas altamente paralelas, los desarrolladores de CSAR han construido una serie de componentes que pueden simular varios fenómenos físicos relacionados con la propulsión de cohetes. Combinados, proporcionan un entorno de simulación completo. A continuación se muestra una lista de todos los módulos de Rocstar y enlaces a sus respectivas guías de usuario.
Campo | Nombre | Manual de usuario | Descripción |
---|---|---|---|
Combustión | Rocburn | [1] | |
Fluidos | RocfloMP | [2] | |
RocfluMP | [3] | ||
Roctpart | [4] | ||
Rocturb | [5] | ||
Rocrad | [6] | ||
Sólidos | Rocfrac | [7] | |
Rocsolid | [8] | ||
Ciencias de la Computación | Rocman | [9] | |
Roccom | [10] | ||
Rocface | [11] | ||
Rocblas | [12] | ||
Rocin | [13] | ||
RocHDF | [14] | ||
Rocmop | [15] | ||
Rocrem | [dieciséis] | ||
Cohetero | [17] | Herramienta de visualización para conjuntos de datos complejos en 2-D y 3-D. | |
Utilidades | Rocbuild | [18] | |
Roctest | [19] | ||
Rocdiff | [20] | ||
Rocprep | [21] |
Eventos
- Del 11 al 12 de junio de 2007, el departamento de Ingeniería y Ciencias Computacionales de la UIUC , sede de CSAR, organizó un taller sobre cuantificación de la incertidumbre . Asistieron más de 40 personas y Habib Najm y Nicholas J. Zabaras dieron conferencias .
- El 13 de julio de 2007, CSAR celebró su Simposio internacional sobre modelado y simulación de cohetes sólidos, que contó con oradores de CSAR, JAXA de Japón y SNPE de Francia [7]
Referencias
- ^ a b c Acerca de CSAR Archivado el 13 de mayo de 2008 en Wayback Machine. Consultado el 10 de octubre de 2008.
- ^ Página de inicio de CSAR Archivado el 6 de octubre de 2008 en Wayback Machine. Consultado el 10 de octubre de 2008.
- ^ Investigación básica en CSAR Archivado el 10 de mayo de 2008 en Wayback Machine. Consultado el 10 de octubre de 2008.
- ^ CSAR Computing Archivado el 1 de febrero de 2009 en Wayback Machine. Consultado el 11 de octubre de 2008.
- ^ Laboratorio de programación paralela: simulación de cohetes obtenido el 11 de octubre de 2008
- ^ Documentación del software CSAR archivada el 13 de mayo de 2008 en Wayback Machine. Obtenido el 15 de octubre de 2008.
- ^ Simposio internacional sobre simulación y modelado de cohetes sólidos. Archivado el 13 de mayo de 2008 en Wayback Machine. Consultado el 10 de octubre de 2008.