Stille vind under vingerne

Effektiv simulering af støj fra vinger og propeller lover at fremskynde udviklingen af ​​mere støjsvage fly og møller.

En ny simuleringstilgang har muliggjort en første praktisk, og meget præcis, beregning af støjegenskaberne ved komplekse tredimensionelle flyveprojekter under ekstreme driftsbetingelser. Ved at forkorte simuleringer, der ville have taget måneder eller uger at køre til bare dage eller timer, den nye tilgang kunne fremskynde udviklingen af ​​mere støjsvage flyveprojekter, der muliggør den næste generation af fly og bybårne luftbårne køretøjer.

"Flystøj er allerede et problem for mange lokalsamfund i nærheden af ​​større lufthavne, og dette vil kun blive værre med den udvidede brug af droner og, i fremtiden, lufttaxier og private luftbårne køretøjer, "siger Radouan Boukharfane, en postdoc på KAUST.

Airfoils - vinger, propeller og turbineblade - er typisk designet og raffineret ved hjælp af relativt hurtige anvendte matematiske teknikker. Imidlertid, egenskaber som støjgenerering er mere komplekse. Disse kræver typisk test ved hjælp af eksperimentelle modeller, fordi de direkte numeriske simuleringer, der er i stand til at løse sådanne funktioner, er så beregningsmæssigt intensive, at, selv på dagens hurtigste computere, de ville tage måneder at fuldføre.

"I realistiske ingeniørproblemer inden for aeroakustik, interaktionerne mellem den turbulente luftstrøm og overfladen er vigtige, "siger Boukharfane." En af vores største udfordringer var, hvordan man modellerer kompressible luftstrømme over overfladen under høj turbulens med tilstrækkelig nøjagtighed til at forudsige adskillelsen af ​​luftstrømmen over en jævnt buet overflade og dens fastgørelse nær bagkanten. "

I stedet for direkte at simulere hele strømningsfeltet ved høj opløsning, Boukharfane, med kollegerne Matteo Parsani, og Julien Bodart, anvendt en vægmodelleret storvirvel-simulering (WMLES) til at modellere nær-overfladestrømmene ved høj opløsning, samtidig med at den samlede beregningsintensitet reduceres ved kun at modellere større strømningsstrukturer længere fra flyveprofilen.

"WMLES -metoden, der bruges i dette arbejde, giver os mulighed for at gengive mange af de vigtigste kvalitative træk ved luftstrømmen set i eksperimenter, samt støjrelaterede egenskaber, såsom vægtryksspektre. Vigtigere, vi har også vist, at metoden er gældende for høj hastighed og meget turbulent flow, "siger Boukharfane.

Algoritmen beskrevet i papiret er den seneste i en række værktøjer udviklet af Advanced Algorithms and Numerical Simulations Laboratory, og bygger på et samarbejde med Higher Institute of Aeronautics and Space i Frankrig under fællesforetagendet Clean Sky. Nogle af disse værktøjer bliver i øjeblikket brugt og testet af NASA, Airbus og National Institute of Aerospace i Virginia.

"Vores team er unikt placeret i skæringspunktet mellem numerisk analyse, fysik, og højtydende computing til at udvikle nye og effektive algoritmer, der bedre redegør for fysiske fænomener og effektivt udnytter moderne computingarkitekturer, "siger Parsani.