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जाल मुक्त विधि
एनएएल में मेश मुक्त सीएफडी गतिविधियों पर एक संक्षिप्त अवलोकन
सीएफडी में मेश मुक्त विधियों का विकास एक सक्रिय अनुसंधान क्षेत्र है। इन विधियों में बहुत आसानी और सुंदर ढंग से जटिल विन्यास को निपटने की बहुत अधिक क्षमता है। एक जटिल विन्यास के लिए एक गुणवत्ता मेश के निर्माण केलिए महत्वपूर्ण प्रयास की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, चलित घटकों से संबंधित मामलों के लिए यह और भी कठिन है।
सीएसआईटार-राष्ट्रीय वांतरिक्ष प्रयोगशालाएं (सीएसआईआर-एनएएल) में अभिकलनीय एवं सैद्धांतिक तरल गतिकी (CTFD) प्रभाग सक्रिय रूप से मेश मुक्त पद्धतियों पर अनुसंधान कार्य में कार्यरत है। पिछले 15 वर्षों से इस दिशा में हमारे प्रयासों से परिपक्व मेश मुक्त सीएफडी यूलर सॉल्वर का विकास हुआ है। संरक्षण समीकरणों को हल करने के लिए मूल रूप से मेश फ्री सॉल्वर को एक अच्छी तरह से निश्चित मेश के बजाय क्लॉउड आफ प्वाइंट की आवश्यकता होती है। जटिल विन्यास के आसपास बढे क्लाउड आफ प्वाइंट तुरंत निर्माण करने के लिए एक कुशल प्री प्रोसेसर विकसित किया गया है। पूर्व प्रोसेसर में चलित सीमाओं से संबंधित समस्याओं के लिए आवश्यक समय पर निर्भर क्लाउड बिन्दु उत्पन्न करने की क्षमता है।
स्टोर पृथक्करण से जुड़े हथियार एकीकरण अध्ययन एक ऐसा अनुप्रयोग है जहां पूर्व प्रोसेसर के साथ संयोजन में मेष मुक्त विधि, आदर्श उपकरण है।
मेश मुक्त सॉल्वर को MPI रूटीन का उपयोग कर बड़े पैमाने पर समांतर किया गया है। समांतर एनएएल मेश फ्री (PARANAM) कोड में एक दिन के भीतर संपूर्ण प्रक्षेप पथ की गणना करने की क्षमता है। सीएसआईटार-4पीआई सुविधा में उपलब्ध HPC प्लेटफार्मों का उपयोग कर व्यापक मान्यकरण अध्ययन किए गए।
सीएफडी यूलर सॉल्वर का उपयोग करके जटिल ज्यामिती से संबंधित कई समस्याओं का हल किया गया है। विभिन्न सरकारी एजेंसियों जैसे डीआरडीओ, एचएएल, भारतीय वायु सेना और बोइंग एयरक्राफ्ट कंपनी यूएसए जैसी निजी कंपनियों द्वारा प्रायोजित परियोजनाओं को सफलतापूर्वक पूरा किया गया है।
मेश मुक्त सॉल्वर और पूर्व प्रोसेसर की विशेषज्ञता का उपयोग करते हुए, सीएसआईआर-एनएएल के सीटीएफडी प्रभाग ने स्टोर-सेपरेशन सूट विकसित किया है। इसमें सॉल्वर, प्री प्रोसेसर और 6DOF डायनामिक्स मॉड्यूल शामिल हैं। इन तीनों तत्वों को वायुगतिकी भार और प्रक्षेप पथ पूर्वानुमान की गणना के लिए सूट में एकीकृत किया गया है।
वर्तमान में हम भारतीय वायु सेना के हित में हथियार एकीकरण कार्यक्रमों पर अध्ययन कर रहे हैं। अब हम देश के रक्षा कार्यक्रमों के हित में विभिन्न प्लेटफार्मों के लिए हथियारों के एकीकरण से संबंधित अध्ययन करने की और अधिक जिम्मेदारी लेने के लिए उत्सुक हैं।
एनएएल में मेश मुक्त सीएफडी गतिविधियों पर एक संक्षिप्त अवलोकन
सीएफडी में मेश मुक्त विधियों का विकास एक सक्रिय अनुसंधान क्षेत्र है। इन विधियों में बहुत आसानी और सुंदर ढंग से जटिल विन्यास को निपटने की बहुत अधिक क्षमता है। एक जटिल विन्यास के लिए एक गुणवत्ता मेश के निर्माण केलिए महत्वपूर्ण प्रयास की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, चलित घटकों से संबंधित मामलों के लिए यह और भी कठिन है।
सीएसआईटार-राष्ट्रीय वांतरिक्ष प्रयोगशालाएं (सीएसआईआर-एनएएल) में अभिकलनीय एवं सैद्धांतिक तरल गतिकी (CTFD) प्रभाग सक्रिय रूप से मेश मुक्त पद्धतियों पर अनुसंधान कार्य में कार्यरत है। पिछले 15 वर्षों से इस दिशा में हमारे प्रयासों से परिपक्व मेश मुक्त सीएफडी यूलर सॉल्वर का विकास हुआ है। संरक्षण समीकरणों को हल करने के लिए मूल रूप से मेश फ्री सॉल्वर को एक अच्छी तरह से निश्चित मेश के बजाय क्लॉउड आफ प्वाइंट की आवश्यकता होती है। जटिल विन्यास के आसपास बढे क्लाउड आफ प्वाइंट तुरंत निर्माण करने के लिए एक कुशल प्री प्रोसेसर विकसित किया गया है। पूर्व प्रोसेसर में चलित सीमाओं से संबंधित समस्याओं के लिए आवश्यक समय पर निर्भर क्लाउड बिन्दु उत्पन्न करने की क्षमता है।
स्टोर पृथक्करण से जुड़े हथियार एकीकरण अध्ययन एक ऐसा अनुप्रयोग है जहां पूर्व प्रोसेसर के साथ संयोजन में मेष मुक्त विधि, आदर्श उपकरण है।
मेश मुक्त सॉल्वर को MPI रूटीन का उपयोग कर बड़े पैमाने पर समांतर किया गया है। समांतर एनएएल मेश फ्री (PARANAM) कोड में एक दिन के भीतर संपूर्ण प्रक्षेप पथ की गणना करने की क्षमता है। सीएसआईटार-4पीआई सुविधा में उपलब्ध HPC प्लेटफार्मों का उपयोग कर व्यापक मान्यकरण अध्ययन किए गए।
सीएफडी यूलर सॉल्वर का उपयोग करके जटिल ज्यामिती से संबंधित कई समस्याओं का हल किया गया है। विभिन्न सरकारी एजेंसियों जैसे डीआरडीओ, एचएएल, भारतीय वायु सेना और बोइंग एयरक्राफ्ट कंपनी यूएसए जैसी निजी कंपनियों द्वारा प्रायोजित परियोजनाओं को सफलतापूर्वक पूरा किया गया है।
मेश मुक्त सॉल्वर और पूर्व प्रोसेसर की विशेषज्ञता का उपयोग करते हुए, सीएसआईआर-एनएएल के सीटीएफडी प्रभाग ने स्टोर-सेपरेशन सूट विकसित किया है। इसमें सॉल्वर, प्री प्रोसेसर और 6DOF डायनामिक्स मॉड्यूल शामिल हैं। इन तीनों तत्वों को वायुगतिकी भार और प्रक्षेप पथ पूर्वानुमान की गणना के लिए सूट में एकीकृत किया गया है।
वर्तमान में हम भारतीय वायु सेना के हित में हथियार एकीकरण कार्यक्रमों पर अध्ययन कर रहे हैं। अब हम देश के रक्षा कार्यक्रमों के हित में विभिन्न प्लेटफार्मों के लिए हथियारों के एकीकरण से संबंधित अध्ययन करने की और अधिक जिम्मेदारी लेने के लिए उत्सुक हैं।
High Supersonic flow past a Generic body Points cloud for a complex configuration
Points cloud enrichment Complete trajectory simulation
Parallel performance Turbine cascade: Aero-elastic application
प्रवाह उपरांत 2डी एयरोफ़ोइल, प्रवाह उपरांत पंख और वायुयान अभिविन्यास के मानक सत्यापन परीक्षण पूर्ण रूप से स्थापित किया गया है। आंतरिक प्रवाह मान्यताओं के कुछ मामलों पर भी काम किया गया है। आंतरिक/बाह्य एयरो-एलास्टिक अनुप्रयोगों पर भी जाल मुक्त विधि का प्रयोग किया गया है। जाल मुक्त तकनीक के प्रयोग से कई प्रायोजित परियोजनाएं पूरी हुई हैं। प्रमुख प्रायोजकों में डीआरडीएल, एचएएल, भारतीय वायु सेना और बोइंग कंपनी यूएसए शामिल हैं।
सीटीएफडी-एनएएल ने जाल मुक्त विधि के प्रयोग से कई चल तत्वों से जुड़े अत्यंत जटिल अभिविन्यासों के प्रवाह के अनुकरण हेतु आंतरिक क्षमता विकसित की है। आम तौर पर सीएफडी के प्रयोग से वायुगतिकीय अनुकरण हेतु एक पारंपरिक दृष्टिकोण से तत्वों के आसपास की मात्रा को अलग किया जाता है। इसमें साधारणत: संरचित ग्रिड या असंरचित ग्रिड शामिल हैं। सामान्य संरचित ग्रिड को बनाना आसान है जब अभिविन्यास अपेक्षाकृत सरल होता है। जब अभिविन्यास जटिल हो जाता है तो एक बहु ब्लॉक संरचित ग्रिड अधिक उपयुक्त होता है। यह दृष्टिकोण हमेशा सटीकता की एक बेहतर व्यवस्था सुनिश्चित करती है, लेकिन जटिल वास्तविक काल अनुप्रयोगों के लिए कई महीनों का प्रयास शामिल है। असंरचित ग्रिड का उत्पन्न तेजी से किया जा सकता है लेकिन वे संरचित ग्रिड की तुलना में सटीक नहीं होते। चल तत्वों का विन्यास अनुकरण अत्यंत कठिन होगा क्योंकि चल संघटकों की बदलती स्थितियों के ग्रिड की उत्पत्ति कठिन है। सीटीएफडी-एनएएल ने 1995 से जाल मुक्त विधियों का अनुसंधान और विकास कार्य प्रारंभ किया है।
एनएएल में मेश मुक्त विधि एक ऐसे चरण पर पहुंच गई है की अब कई जटिल वांतरिक्ष अनुप्रयोगों में इसका अनुप्रयोग नियमित रूप से किया जा रहा है। यह विधि लीस्ट स्केयर काइनेटिक अपविंड विधि पर आधारित है। जाल मुक्त विधि केलिए केवल क्लौड पाइंट और कनेक्टिविटी डाटा के रूप में संदर्भित अपने आसपास के नोड्स के डाटा के अंकों के वितरण की आवश्यकता होती है। जाल मुक्त विधि, गवर्निंग पीडीई के पाइंट के किसी भी स्वेच्छित वितरण पर सीधे विच्छेदन की सुविधा प्रदान करता है। यह विधि पहले 2डी और 3डी मानक वायुगतिकीय परीक्षण के लिए स्थापित की गई थी। जाल मुक्त दृष्टिकोण अब बहुत ही अच्छी तरह से विभिन्न परीक्षण मामलों के परिणामों को मान्य करके स्थापित किया गया है।
प्रवाह उपरांत 2डी एयरोफ़ोइल, प्रवाह उपरांत पंख और वायुयान अभिविन्यास के मानक सत्यापन परीक्षण पूर्ण रूप से स्थापित किया गया है। आंतरिक प्रवाह मान्यताओं के कुछ मामलों पर भी काम किया गया है। आंतरिक/बाह्य एयरो-एलास्टिक अनुप्रयोगों पर भी जाल मुक्त विधि का प्रयोग किया गया है। जाल मुक्त तकनीक के प्रयोग से कई प्रायोजित परियोजनाएं पूरी हुई हैं। प्रमुख प्रायोजकों में डीआरडीएल, एचएएल, भारतीय वायु सेना और बोइंग कंपनी यूएसए शामिल हैं।
वेपन इंटेग्रेशन एकीकरण अध्ययन हेतु एक स्टोर सपेरेशन सुविधा विशेष रूप से विकसित की गई है। सूट में सीएफ़डी जाल मुक्त सॉल्वर, स्टोर डायनामिक्स के लिए 6-डीओएफ मॉड्यूल और जाल मुक्त सीएफडी सॉल्वर के लिए गतिशील पाइंट क्लाउड जेनेरेशन हेतु शक्तिशाली प्रीप्रोसेसर शामिल है। ट्रजेक्टरी अनुकरण में हर बार चरण के अंत में गतिशील प्रीप्रोसेसर पाइंट क्लाउड के पुनर्गठन हेतु स्टोर की नई स्थिति को ध्यान में रखा जाता है।
जाल मुक्त साल्वर का प्रयोग से देश में पहली बार हम एक साथ कई तत्वों के ट्राजेक्टरों को रिलीस करने में सक्षम हुए हैं। उपलब्ध व्यावसायिक या ओपन सोर्स टूल्स का प्रयोग करते हुए अनुकरण करने हेतु यह एक बहुत जटिल अनुप्रयोग है। ये सभी गणनाएं सीएसआईआर-4पीआई के अनंत एचपीसी क्लस्टर पर किया जाता है। सूट का समानांतर संस्करण आम तौर पर 60 नोड्स पर चल रहा है जिसमें एक दिन के समय के साथ कम से कम 40 चरणों के अनुकरण शामिल हैं, जिससे एक प्रारूपिक स्टोर मूल वायुयान से सुरक्षित रूप से अलग होता है। नीचे दिए गए आंकड़ों में एक विशिष्ट मल्टी-बॉडी रिलीस का चित्रण किया गया है:
Fig. Multiple stores to be released
Fig: Points cloud generated
Fig: Single large cloud formed by merging all individual clouds
