論文の概要: A fully GPU-based workflow for building physics emulators of hypersonic flows

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.13742v1
• Date: Thu, 11 Jun 2026 13:11:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-15 16:00:42.538608
• Title: A fully GPU-based workflow for building physics emulators of hypersonic flows
• Title（参考訳）: 超音速流れの物理エミュレータ構築のためのフルGPUベースのワークフロー
• Authors: Fabian Paischer, Dylan Rubini, Deniz A. Bezgin, Aaron B. Buhendwa, David Hauser, Florian Sestak, Johannes Brandstetter, Sebastian Kaltenbach, Nikolaus A. Adams,
• Abstract要約: 我々は、高速なデータ生成とニューラルエミュレータのトレーニングを統合する、完全にGPUベースのワークフローを導入する。 我々のワークフローは、高速データセット作成に使用する差別化可能な高忠実度ソルバ(JAX-Fluids)によって実現されます。 残差ベースの改良により,メッシュパラメータと入力パラメータのみを使用可能な場合のトレーニングが可能になることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.30378769937708
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The ability to resolve complex physical phenomena with high fidelity and at low computational cost is central to addressing key challenges in modern engineering. A prime example lies in hypersonic flows, where the precise prediction of the full flowfield topology, in particular with respect to shock wave location and intensity, is critical. Yet supersonic and hypersonic flows continue to be a stumbling block for traditional reduced-order models and neural emulators that struggle to capture steep gradients in flow states with physical consistency in applications of industrial relevance. To that end, we introduce a fully GPU based workflow that integrates accelerated data generation with the training of neural emulators augmented by uncertainty quantification and physics-aware refinement. Our workflow is enabled by a differentiable high-fidelity solver (JAX-Fluids) which we employ for rapid dataset creation and residual-based improvement of the neural emulator to enhance physical consistency. Building on this framework, we first present a suite of model architectures and analyze their scaling behavior to expose their strengths and shortcomings. We then show that residual-based refinement enables training on cases where only mesh and input parameters are available, substantially reducing residuals and improving physical consistency. Together, differentiable simulation and residual-based refinement yield physics emulators that remain reliable beyond their training distribution, a key requirement for deploying surrogates in real-world engineering design loops.
• Abstract（参考訳）: 複雑な物理現象を高い忠実さと低い計算コストで解決する能力は、現代の工学における重要な課題に対処する中心となる。 主な例としては超音速流があり、特に衝撃波の位置と強度に関して、フルフローフィールドトポロジーの正確な予測が重要である。 しかし、超音速・超音速流は、産業関連性の適用において物理的に整合性のある流れ状態の急勾配を捉えるのに苦慮する伝統的な低次モデルやニューラルエミュレータにとって、いまだに不安定なブロックである。 そのために、高速化されたデータ生成と、不確実な定量化と物理認識の洗練によって強化されたニューラルエミュレータのトレーニングを統合する、完全なGPUベースのワークフローを導入する。 我々のワークフローは、高速データセット作成とニューラルネットワークエミュレータの残差に基づく改善のために使用される差別化可能な高忠実解法(JAX-Fluids)によって実現されている。 このフレームワーク上に構築されたモデルアーキテクチャのスイートをまず提示し、そのスケーリング挙動を分析して、その強みと欠点を明らかにする。 次に、残差に基づく改善により、メッシュと入力パラメータのみが利用可能である場合のトレーニングが可能になり、残差を大幅に低減し、物理的整合性を向上させることができることを示す。 差別化可能なシミュレーションと残留基の洗練された物理エミュレータは、実世界のエンジニアリング設計ループにサロゲートを配置するための重要な要件であるトレーニング分布を超えて信頼性が保たれる。

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