浙江大学利用已经研发的支撑技术，建立了面向新型飞行器大规模数值模拟的数字样机平台HEDP（High End Digital Prototyping，高端数字样机系统）。HEDP 提供面向计算机辅助工程的大规模并行数值模拟和可视化平台，集成以并行燃烧、机体/ 推进一体化、气动力/ 热和结构热防护等4 个面向新型飞行器的并行求解器，并在此基础上构建了网络化虚拟试验环境，强调产品数字化设计的应用示范。
（1）并行和分布式计算。对新型飞行器的精确模拟计算量较大，在某些情况下并行和分布式计算是唯一的解决办法。系统总框架使用C / S 架构，所有模块都可以在远程服务器端分布式运行。系统提供（或集成）高性能并行数值求解库，并行程序调试、跟踪和性能分析工具，所有计算密集型模块实现并行计算。当前使用消息传递接口MPI 作为基础并行通信接口。
（2）即插即用和可扩展性。系统核心只实现模块和数据的管理、协调，各种具体模块通过T C P 消息与核心交互，动态地即插即用，协同解决特定问题。一个模块是一个独立的可执行程序。系统核心支持4 种通信方式：共享内存、管道、S o c k e t和文件。根据模块运行的位置、程序员的习惯、数据的多少，以及问题的特征，模块可以选择不同的通信实现方式。
产品设计多数由不同组织和公司协同完成，因此产品开发往往使用不同类型的软硬件和C A D 系统。虽然I G E S 和S T E P 等国际标准被广泛地应用在工业界，但这些数据交换标准可能丢失高层的设计信息。由于不同系统之间的公差处理等底层算法的不同，在原始系统中有效的模型以I G E S 或S T E P 作为交换媒介进行数据转换后，可能在接收系统中变成无效模型。另外，在进行C A D 系统和C A E 系统数据转换和数据映射时，由于对产品特征模型的定义和要求并不完全兼容，也产生了许多新的问题，例如C A D 系统的公差以及细节特征的处理、C A E 系统所需的实体拓扑关系的重建等。因此，研究更加有效的产品数据交换方法是非常必要的。
CAD 数据交换比较前沿的技术是特征级数据交换，研究的技术包括元素永久命名一致性、统一几何误差和准确度、歧义性消除等。当前S T E P 标准的第108 部分（几何产品造型的参数化和约束条件）正在制定，专门为解决这些问题。当前HE D P系统中，我们开发了I G E S 文件和系统几何数据格式之间的转换程序，并通过补洞等手段处理公差问题，然后进行必要的拓扑关系重建。
HE D P 系统构建了一种基于通用设备的可伸缩立体显示墙。与其他虚拟现实设备相比，该显示墙是一种高性价比，容易实现和维护的大屏幕显示设备。这种立体显示墙使用微机集群驱动一组普通的中低档投影仪构成，投影仪可以拼接成各种客户需要的尺寸和形状。投影仪阵列中每2 个投影仪形成一个立体投影对，投影到屏幕上的同一区域，实现被动立体。通过计算机视觉的方法可以实现投影图像几何和色彩上的无缝拼接，所以投影仪位置不需要在物理上进行精确定位，其安装和维护的成本都比较低。由于完全使用标准硬件，构建的方法和支撑软件都具有良好的可伸缩性，所以用户可以在一定的限制内，根据需要非常迅速地搭建多种分辨率和显示尺寸的显示墙。
飞行器外流场的空气动力学问题，具有几何模型和力学现象的双重复杂性。为了验证数字样机HE D P在此类问题，特别是在复杂外形气动特性计算、多体干扰气动特性计算以及多体分离气动特性计算等方面的可靠性，我们开展了针对复杂问题的非结构网格生成研究和动网格技术研究。
我们应用H E D P 平台中集成的空气动力学求解器进行了多种飞行器外流场的数值仿真。
2 超燃冲压发动机的仿真
超燃冲压发动机燃烧室流场非常复杂，高超声速气流在冲压发动机内流动的时间尺度与内部燃烧的化学反应的时间尺度接近，非平衡效应非常强烈，是一个复杂的化学非平衡流场。HE D P 的超声速燃烧求解器建立在非结构混合网格系统上, 既具备处理复杂几何问题的能力, 又保留了结构网格系统的求解精度。控制方程的有限体积离散采用类似有限元的高阶低耗散格式和人工黏性技术, 可以实现高精度的流动计算和波系结构捕捉。三维燃烧流动中的湍流多尺度效应采用大涡模拟技术进行考虑。化学源项的计算采用基于CHEMKIN 基元反应的有限率方法, 准确考虑多组分非平衡燃烧效应。
为了对数字样机H E D P 的超声速燃烧计算能力进行可靠性验证，我们对澳大利亚HyShot 项目设计的超燃冲压发动机进行了数值模拟和试验对比。澳大利亚HyShot 项目的发动机中使用了“前体燃料喷射”概念，燃料与空气在进口段发生预混，因此不需要在燃烧室内增加额外的混合设施，可以有利减小壁面造成的摩擦阻力。
高超声速飞行器因为气动加热会带来结构与热防护问题，而且飞行器结构几何模型和加热过程的复杂性会使这类问题的数值求解变得异常困难，除扩展HE D P 平台的特殊网格生成与处理能力，发展各向异性的棱柱体网格等几何网格的生成技术之外，同时为了高效地处理结构与热防护的复杂问题，基于消息传递界面（MPI）的并行模式，开发了基于松耦合的应力场与温度场耦合分析程序。针对高梯度的温度场问题，研究并实现了非线性温度场与结构/ 材料分析等多场耦合分析的调度策略，对于非烧蚀性热防护问题，能够进行较为有效的模拟分析。
