Hypersonics voisi ruokkia HPC-investointien seuraavaa aaltoa

Vaikka pandemia lisäsi rahoitusta supertietokoneiden ja biotieteiden HPC:n tutkimukselle, seuraava investointiaalto HPC-järjestelmiin ja simulointiohjelmistoihin saattaa tulla nopeasti kehittyvästä hypersonics-avaruudesta.

Meillä on ollut yliäänikoneita vuosikymmeniä, mutta yliäänilentokoneita – yli 5 Machin – odotetaan kasvavan räjähdysmäisesti siviili- ja sotilaskäyttöön seuraavien viiden vuoden aikana, ja miljardeja dollareita kohdennetaan sekä turvaluokiteltuihin että kaupallisiin tarkoituksiin.

Vuonna 2027 puolustus- ja hallitusinstituutti arvioi, että pelkästään yliääniaseisiin käytetään maailmanlaajuisesti 127,3 miljardia dollaria, ja Yhdysvaltain puolustusministeriön budjetit odottavat 2,5 miljardia dollaria luokiteltuja hypersonic-töitä vuoteen 2024 mennessä. Boeing on kehittää omaa hypersonic-kuljetustekniikkaansa ja Hermeuksen kaltaiset startup-yritykset tuovat Mach 5 -suihkukoneen, joka saa New Yorkista Pariisiin hyppäämään 90 minuutissa.

Superlaskentaa on käytetty viime vuosikymmeninä simuloimaan kaikkia yliäänilennon osa-alueita, mutta hypersonics voi nostaa tarvittavat mallinnusominaisuudet melkoisesti. Valerio Vitin, joka johtaa ilmailu- ja puolustusteollisuuden ponnisteluja HPC-simulaatioohjelmistoyhtiössä Ansysissa, usean fysiikan mallinnuksen vaatimukset viedään seuraavalle tasolle, mikä vaatii paljon enemmän irti skaalautuvista ohjelmistoista ja järjestelmistä kuin olemme nähneet molemmissa. tutkimus- ja kaupalliset HPC-alat.

"Suunnittelu edellyttää laajaa ymmärrystä kaikesta asiaan liittyvästä fysiikasta ja niiden vuorovaikutuksesta. Tämä voi sisältää kaikkea aerotermodynamiikasta, rakenneanalyysistä, sähkömagnetiikasta, antureista, ohjaus- ja ohjausjärjestelmistä ja niin edelleen”, Viti selittää.

Vaikka mallintaminen ja simulointi ovat olleet yliäänitestauksen ytimessä, simulaatioita on täydennetty myös maa- ja lentotestauksella. Yliääni-iän myötä maatestaus vaatii kuitenkin erittäin erikoistuneita laitteita, joiden mittakaava on rajallinen ja joiden kehittäminen ja käyttö on erittäin kallista. Lentotestaus on kalleinta, kun testisyklit kestävät viisi vuotta tai kauemmin. Ainoa tapa saada se toimimaan nopeammin on paljon kehittyneempi monifysiikkasimulaatio.

Hyperäänitekniikan simulointi menee paljon pidemmälle kuin vain sopeutuminen lisääntyneisiin lämpö-, materiaali-, virtaus- ja muihin fysiikan haasteisiin. Täydellisten simulaatioalustojen, järjestelmien ja ohjelmistojen on myös mallinnettava kattavia hypersonic-järjestelmiä, mikä tarkoittaa dramaattisesti erilaisten koodien ja työkalujen yhdistämistä vakiomallinnukseen ja simulointiin.

Kuten Viti Ansysin näkökulmasta huomauttaa, tämä koskee kaikkea ohjausjärjestelmistä (lennonohjauksen simulointi erilaisilla käyttäytymismalleilla/ympäristöillä), erilaisista navigointi- ja ohjausjärjestelmistä ja kaiken tämän tekemisestä täysin virtuaalisissa simulaatioissa koko joukosta komponentteja realististen 3D-fyysisten mallien avulla esimerkiksi sotapeliin.

Ansysin oma hypersonic-mallinnus- ja -simulaatiopaketti korostaa edessä olevan hypersonic-simulaatio-ongelman monimutkaista, toisiinsa liittyvää, usean fysiikan/monijärjestelmän luonnetta. Suuren simuloinnin monimutkaisuuden ansiosta tarvitaan suuriakin investointeja HPC-infrastruktuuriin. Suuri osa monifysikaalisesta mallintamisesta käyttää edelleen perinteisiä HPC-työkaluja ja -ohjelmistoja (tekoäly ei ole vielä tunkeutunut tänne ja kaikilta tileiltä, ​​jotka ovat jonkin aikaa pois) ja laskentaresursseja simuloidakseen koko lentokoneen erityisillä uusilla vaatimuksilla lämpölaitteiden, tehon ja yhteenkytketyn suhteen. järjestelmät ja niin edelleen on hienoa.