图5中,A图表明了机舱内线缆感应电流随时间呈现一种震荡关系且逐渐减小,B给出了感应电流随频率的变化关系。
5 采用FEKO仿真计算的优点
5.1网格模型优化
由于矩量法是密集矩阵,其计算时间与内存均正比于网格数的三次方,因此网格模型优化对于减少计算机运行时间和内存是非常关键的。在飞机模型的网格剖分过程中,矩量法采用三角面元对其进行剖分,这使得飞机模型更接近目标几何,同时产生较少的网格数量,又能够保证较好的网格质量,最终在保持精确结果的前提下有效减少计算时间。
5.2低频稳定技术
FEKO 6.2新加入了低频稳定技术,在计算低频仿真问题时,结合低频稳定技术的单精度求解在保证结果准确的同时,还比双精度求解节省了大量计算内存,这对大模型的仿真计算是非常有利的。此处选取了150kHz计算频率分别采用单、双精度对上述飞机模型进行求解并做对比,在OUT输出文件中,结合低频稳定技术的单精度计算所需内存仅为710.787MByte,而双精度计算所需内存已经达到了1.382GByte。
5.3GPU加速
FEKO结合了一个混合CPU和GPU的加速技术来支持矩量法矩阵的LU分解。FEKO 6.2对于GPU加速有很大改进,这使得并行计算性能大幅增加,从而快速有效地解决大模型问题。目前,它主要支持单块显卡并行求解、多块显卡并行求解和集群GPU并行求解等。由于计算机硬件显卡不够,此项无法用实例证明。
5.4求解存储功能
矩量法的计算量很大,但FEKO的求解器有个优点,一旦仿真模型结构固定且求解频率不变,只要经过首次计算后,以后即使改变输入输出状态,再次计算就非常快。比如本文中的飞机模型进行单一频点并行求解时,首次计算需要5分钟左右,将雷击入口位置改变再次对该模型进行计算仅需几秒钟,这非常便于研究不同雷击入口和出口位置的表面电流分布以及其他电磁场信息。
6 结束语
采用FEKO电磁场计算软件对飞机雷电间接效应试验进行CAE仿真研究,对于雷电试验的优化设计和飞机的防雷设计有着重要的参考价值和应用价值。本文旨在对飞机雷电仿真方法进行介绍,后续工作将对飞机的模型和材质做较大改进,并对机身不同雷击附着点进行仿真研究,使CAE仿真更接近实际情况,从而为雷电试验提供更加准确的参考。