类天宫飞行器轨道衰降过程空气动力特性一体化建模并行优化设计

发布时间：2022-02-21 01:25

　　针对天宫一号目标飞行器无控飞行轨道衰降数值预报需要快速确定轨道积分高精度计算模型中的空气动力,在发展基于修正Boettcher/Legge非对称桥函数的天宫一号空气动力特性当地化算法基础上,对当地化算法的运算流程及对应程序代码进行了整体分析,根据原程序热点代码集中、数据独立性强及传输需求少等特点,发展了多核处理单元的并行优化方法。引入CUDA架构的GPU设备同时,开展了系统、算法以及语句三个层次的并行优化,设计了GPU内存对齐访问方案,使用数据传输函数,将算法求解部分内循环经过展开与合并,整理为整体移植入核函数的一个循环,利用GPU较强的并行计算能力提升运算效率,对函数、循环、指令等代码语句进行级别优化。使用设计的并行计算方案对类天宫飞行器空气动力特性当地化串行算法程序进行CPU+GPU移植优化,达到了近5倍的并行加速比,且使单次求解中GPU数据传输时间缩减为原来的23%,证实了并行方案和优化设计手段的高效实用性。在类天宫飞行器空气动力特性GPU并行算法程序验证基础上,使用GPU并行程序对天宫飞行器轨道衰降飞行340～120 km过程的气动特性进行了不同迎角、侧滑角等飞行姿态计算分析,... 

【文章来源】：载人航天. 2020,26(04)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【文章目录】：
1 引言
2 空气动力特性当地化计算方法
3 并行优化方法
    3.1 系统级别优化
        1)对齐访问。
        2)使用数据传输函数。
    3.2 算法级别优化
    3.3 语句级别优化
4 算法验证与结果分析
    4.1 计算模型与条件
    4.2 GPU并行算法与CPU串行计算结果验证
    4.3 性能分析
    4.4 类天宫飞行器轨道衰降过程空气动力特性计算分析
5 结论


【参考文献】：
期刊论文
[1]天宫飞行器低轨控空气动力特性一体化建模与计算研究[J]. 李志辉,吴俊林,彭傲平,唐歌实.  载人航天. 2015(02)
[2]二维浅水波方程格子Boltzmann算法的GPU并行实现[J]. 张春泽,程永光,李勇昌.  水动力学研究与进展A辑. 2011(02)
[3]箔条云跨流域整体气动特性计算研究[J]. 李志辉,梁杰,李四新,王鹿受.  空气动力学学报. 2011(01)
[4]CUDA、MPI和OpenMP三级混合并行模型的研究[J]. 滕人达,刘青昆.  微计算机应用. 2010(09)
[5]基于Boltzmann模型方程的气体运动论HPF并行算法[J]. 李志辉,张涵信,符松.  计算物理. 2003(01)
[6]稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究[J]. 李志辉,张涵信.  空气动力学学报. 2000(03)



本文编号：3636213