FI/SPECIAL-ETE-98

HAEDB
base de données de
l'aérothermodynamique hypersonique

Silvio Merazzi, SMR S.A., Bienne, CH, merazzi@smr.ch, Richard Schwane, ESTEC/ESA, Noordwijk, NL, schwane@euler.jsc.nasa.gov & Jan Vos EPFL-DGM-LMF, jan.vos@epfl.ch

Introduction

Dans cet article, nous décrivons le concept et les fonctionnalités du système de base de données HAEDB (Hypersonic Aerothermodynamic Engineering Data-base - base de données de l'aérothermodynamique hypersonique) qui vient d'être installé à ESTEC (European Space Research & Technology Center) et qui est à présent accessible à la communauté européenne de l'aéronautique spatiale. Tout d'abord, nous décrirons les raisons qui ont conduit aux principes et à l'implémentation de HAEDB. Ensuite, nous décrirons le concept de la base de données qui est issu des fonctionnalités demandées et des limitations techniques, par exemple pour les taux de transfert de données. A la fin de l'article, nous rentrerons plus en détail sur les outils utilisés, ceux qui touchent à la sécurité et la localisation des données, ceux qui touchent aux fonctions de compression des données, et ceux qui concernent la présentation graphique des résultats.

Le contexte du projet

Durant le programme de construction de la navette spatiale européenne HERMES et les programmes technologiques qui ont suivi, un très grand nombre de données aérothermodynamiques ont été récoltées, provenant de la conception aérothermodynamique du véhicule et de la détermination des points critiques sur les différentes variantes des formes du véhicule ou sur les formes dites génériques. En général, les formats de données utilisés par les différents collaborateurs européens au programme HERMES sont tout aussi divers que leurs méthodes de travail ou les modèles qu'ils utilisent. La conséquence est qu'il est très difficile de comparer deux jeux de résultats expérimentaux ou numériques sans un pré-traitement important.

Par conséquent, un des efforts du programme de la conservation de la technologique MSTP (Manned Space Transport-ation Programme), était de se concentrer sur l'harmonisation des formats et la synthèse des données brutes afin que l'information soit accessible à la communauté d'utilisateurs non directement impliqués dans les travaux techniques d'HERMES.

En considérant que les rapports de synthèse écrits par des experts, en général les personnes qui ont effectué le travail technique, sont très utiles, car ils permettent à une personne qui n'est pas forcément directement impliquée dans le projet d'utiliser les résultats d'une expérience et/ou d'un calcul CFD qui s'est déroulé pendant le programme, le risque existe d'une méconnaissance des hypothèses de départ ou du fait que certains résultats ont été invalidés par la suite. Dans ce cas, la synthèse devrait être refaite, ce qui souvent dans la pratique n'est pas possible, car les experts ont entre temps changé de projet. Nous sommes donc dans la situation où le travail technique devient rapidement obsolète et où les résultats même produits peu d'années auparavant ne sont plus utilisés, malgré le fait qu'une grande quantité de ces résultats peut être encore de valeur.

L'utilisation d'un système de base de données peut aider à résoudre ce problème. A la place d'un processus de sélection basé sur les besoins du moment et en écartant les données brutes, toutes les données sont à présent conservées et préservées.

Les documents de synthèse sont toujours disponibles chez les experts, mais ils ne sont plus la seule source de données. Les données brutes sous forme d'enregistrements expérimentaux ou de résultats tridimensionnels de simulation sont aussi stockées avec un jeu d'outils de post-traitement, qui permettent de générer de façon semi-automatique les courbes de synthèse, par exemple des coupes planes à travers des champs 3D aux positions des instruments de mesures expérimentaux. Dans ce cas, en se basant sur les données brutes toujours disponibles et sur la génération automatisée des données de synthèse, la connaissance de nouvelles incertitudes ou de données brutes mises à jour permet de générer des nouveaux documents de synthèse basés sur de nouveaux critères de sélection de données.

Le système HAEDB a été développé pour l'ESA (European Space Agency) par un consortium suisse composé de l'EPFL, l'Entreprise Suisse d'Aéronautique et de Systèmes à Emmen, et SMR.

Les concepts

Le concept de cette base de données se déduit des objectifs qui ont été décrits dans le paragraphe précédent. De plus, on a dû tenir compte de certaines limitations et contraintes, par exemple la disponibilité du personnel pour maintenir la base de données ou les taux de transfert des données à travers le réseau. Afin d'offrir aux utilisateurs d'HAEDB un maximum d'informations utiles, des temps de réponse rapides et un minimum de données rendues obsolètes par le fait que les papiers de synthèse ne sont pas immédiatement mis à jour avec les nouveaux résultats, la structure suivante a été choisie, basée sur deux catégories de stockage différentes:

Les données de synthèse qui sont crées à la demande d'un utilisateur sont en général gardées sur disque jusqu'à ce qu'elles soient invalidées par de nouvelles données brutes. La quantité de données directement accessibles sur le net va donc augmenter, et l'intervention humaine décroître avec le temps.

Les utilisateurs peuvent se connecter à HAEDB à travers le Web. Une interface par menus successifs guide l'internaute jusqu'à l'information désirée. Si celle-ci n'est pas encore disponible, parce que personne n'a encore demandé le post-traitement de ce jeu de données brutes, l'utilisateur est invité à envoyer un e-mail au manager de la base de données, qui initialisera le post-traitement nécessaire à l'obtention de l'information demandée. Toutes les fonctionnalités sont accessibles à travers une interface Web ou par le biais d'une interface utilisateur locale (écrite en tcl/tk) en tenant compte du degré de privilèges d'accès (voir fig.1):

fig.1: Schéma de principe pour l'accès à la base de données

Accès de niveau 1

réservé aux personnes qui maintiennent la base de données. Elles ont plein pouvoir pour créer, mettre à jour la base. Les manipulations de données sont accessibles graphiquement en interactif. L'accès au serveur à ce niveau n'est possible qu'à travers une connexion locale au serveur.

Accès de niveau 2

cet accès offre des possibilités limitées à un client distant. Les sorties graphiques sont limitées à des bitmaps fournis par l'interface Web et les courbes sont générées par le système de traitement de données distant, c'est-à-dire le serveur. L'information est affichée sous format bitmap ou postscript. Cela peut être, par exemple, la préparation en batch d'un graphique, suivi par une copie ou un affichage sur le poste de travail du client.

Accès de niveau 3

C'est l'accès public par le Web. Les requêtes peuvent être faites en consultant les tables autorisés à ce niveau, c'est-à-dire les résultats de synthèse, à travers l'interface Web. Les sorties graphiques sont limités à des bitmaps prédéfinis.

Les comptes utilisateurs des niveaux 1 et 2 sont protégés par mots de passe afin d'assurer que seuls les utilisateurs autorisés peuvent travailler sur les données. Ceci garantit aussi les droits de propriété des différents contributeurs à la base de données.

Dans certains cas exceptionnels, les données brutes qui ne peuvent être envoyées par le réseau à cause de taux de transfert insuffisants peuvent être demandées au manager HAED par e-mail. Dans ce cas les données seront envoyées sur cartouche.

Les outils

Nous avons développé des outils de travail dans le cadre du projet HAEDB. Certains, comme ceux de la boîte à outils du gestionnaire de la base de données ou les outils de conversion et traitement des données sont destinés au gestionnaire HAEDB pour lui permettre de modifier des données ou d'en introduire de nouvelles. D'autres, comme l'outil de recherche de données et ceux d'extraction sont destinés aux clients. Une description plus détaillées de certains outils est donnée plus loin.

Le moteur de recherche de données

L'utilisateur qui veut travailler avec les données afin par exemple de valider ses propres calculs avec des résultats précédents déjà stockés dans HAEDB, doit au préalable faire une extraction de données. Dans ce but, nous avons implémenté un système de mots-clés. Les données peuvent être localisées en spécifiant des mots-clés, par exemple la vitesse du véhicule. Le système fournira en plus, des données en liaison avec celles demandées et avec lesquelles il peut être utile de travailler. Un exemple de requête et du résultat de la requête sont montrés sur la fig. 2.

fig. 2: Exemple d'une requête à HAEDB et résultat de la requête

Toutes les personnes qui contribuent à la base en envoyant des données peuvent utiliser une interface interactive qui demande des informations décrivant les données. Ces informations sont ensuite transformées en interne en mots-clés qui restent associés aux données tant que celles-ci résident dans la base, et qui sont utilisés par le moteur de recherche pour identifier les données.

La boîte à outils du gestionnaire

Cette boîte à outils contient les fonctions nécessaires pour importer de nouveaux jeux de données, générer des documents de synthèse (voir fig. 3), indexer les données et maintenir la base. On y accède par une interface Web sur le réseau intranet.

fig.3: Exemple de document de synthèse: Cp dans le plan de symétrie du cas test HALIS

Les outils de traitement des données

Ce sont les instruments pour créer, maintenir et interroger la base. En font partie les fonctions de manipulation et visualisation de données. Les outils de manipulation de données sont les outils de lecture de données et de conversion dans le format standard (fichier fortran) ainsi que les outils d'insertion, extraction, et mise à jour.

Dans les fonctions de visualisation, on retrouve des outils pour la représentation graphique des modèles de calculs en dynamique des fluides et des outils pour la présentation graphique des données.

L'extraction des données est possible à tous les niveaux d'accès. Le niveau 1 permet d'accéder à toutes les données, à travers l'interface locale pour accéder aux outils d'extraction. Le niveau 2 permet d'accéder à un nombre limité de données dans un mode différé. Pour le niveau 3 les données ne sont accessibles qu'à travers une interface Web. Les résultats d'une requête consistent aux données réclamées (principalement des données de synthèse) et à des pointeurs vers les fichiers de la base de données où les données détaillées résident. Les clients qui ont accès aux données de niveau 2 ont la possibilité de consulter, au moins partiellement, les fichiers contenant les données détaillées.

En général, tout type de données peut être extrait en fonction de n'importe quel critère d'extraction. Cependant, du fait que les calculs sont liés aux informations géométriques et physiques, la plupart du temps les données seront extraites suivant les critères tels que:

fig. 4: Exemple des outils d'extraction de données: les contours de Cp sur la surface du modèle HALIS

La réduction des données

Elle concerne les données expérimentales et calculées. La plupart de ces outils de réduction sont utilisés par le gestionnaire pour mettre à jour les données de synthèse. Il peut s'agir de réduction 3D, 2D ou 1D des données calculées (voir exemples de diagrammes de synthèse sur la fig. 3).

L'augmentation des données

Cette fonction est régulièrement appliquée par le gestionnaire pour mettre à jour les données de synthèse du système HAEDB. Cela peut être la duplication de données, par exemple pour créer un graphe complet à partir d'un calcul fait sur la moitié du modèle. C'est réalisé en copiant les données géométriques et les champs de solution. Un autre cas d'augmentation de données consiste à calculer les quantités dérivées. Certaines quantités dérivées sont relativement faciles à obtenir par extraction des données depuis la base, en effectuant les calculs et en insérant les nouveaux champs dans la base. Exemple: intégrer le coefficient de pression Cp sur la surface d'un avion. D'autres quantités dérivées sont des lignes ou bandes de courant et des lignes de frottement.

Conclusion

Le système HAEDB est à présent accessible pour une utilisation générale. C'est une collection dynamique de données brutes, de données traitées et de documents de synthèse, ce qui implique que la quantité de données accessibles interactivement va augmenter avec le nombre d'utilisateurs de la base de données. Le système HAEDB est accessible à l'adresse:

http://haedb.estec.esa.nl:8080/


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© FI-spécial été du 1er septembre 1998