Моделирование, которое в настоящее время используют разработчики, требует обширной обработки данных на суперкомпьютерах и фиксирует только часть событий столкновения вихрей, что может привести к значительному снижению производительности, от потери подъемной силы на роторе до полной потери контроля над боеприпасом. Новая модель турбулентности может изменить это.
Управление армейских исследований, элемент U.S.
Командование по развитию боевых возможностей армии, теперь известное как DEVCOM, Армейская исследовательская лаборатория, профинансировало исследователей из Университета Пердью для разработки модели турбулентности, известной как моделирование больших вихрей с сохранением когерентной завихренности, известной как CvP LES. Новая методология, опубликованная в Journal of Fluid Mechanics, моделирует весь процесс столкновения вихрей до 100 раз быстрее, чем современные современные методы моделирования.
«Что действительно умно в подходе Purdue, так это то, что он использует информацию о физике потока, чтобы выбрать лучшую тактику для вычисления физики потока», – сказал доктор. Мэтью Мансон, менеджер программы гидродинамики в ARO. "У этого есть огромный потенциал, чтобы оказать реальное влияние на конструкцию транспортных платформ и систем вооружения, которые позволят нашим солдатам успешно выполнять свои задачи."
Гидродинамика турбулентности самолета сложна, и точное моделирование ее на компьютере практически невозможно.
Проф. Карло Скало сделал шаг вперед в этом процессе, смоделировав столкновение вихрей двумя способами: один раз с помощью прямого численного моделирования, а другой – с помощью моделирования крупных вихрей. Эта модель теперь может использоваться инженерами для разработки более совершенных самолетов, без необходимости месяцами ждать суперкомпьютерных расчетов. Лаборатория сжимаемых потоков и акустики Карло Скало: https: // engineering.Purdue.edu / ~ scalo / Машиностроение: https: // purdue.edu / ME
Модель может использоваться для имитации вихрей на любом отрезке времени, чтобы максимально походить на то, что происходит вокруг самолета. Например, когда лопасть ротора движется по воздуху, она генерирует сложную систему вихрей, которые встречаются при следующем проходе лопасти. Взаимодействие между лопастью и вихрями может привести к вибрации, шуму и ухудшению аэродинамических характеристик. Понимание этих взаимодействий – первый шаг к изменению конструкции, чтобы уменьшить их влияние на возможности автомобиля.
В этом исследовании ученые смоделировали события столкновения двух вихревых трубок, называемых трилистными узловыми вихрями. Это взаимодействие имеет много общих черт с вихрями, часто присутствующими в армейских приложениях.
Моделирование эволюции столкновения требует чрезвычайно высокого разрешения, что существенно увеличивает вычислительные затраты.
Методология основана на умных методах, которые обеспечивают баланс между стоимостью и точностью. Он способен быстро обнаруживать области потока, характеризующиеся мелкими турбулентными масштабами, а затем определять на лету соответствующую численную схему и модель турбулентности для локального применения.
Это также позволяет применять вычислительную мощность только там, где это наиболее необходимо, обеспечивая решение с максимально возможной точностью для заданного бюджетного объема вычислительных ресурсов.
«Когда вихри сталкиваются, происходит столкновение, которое создает большую турбулентность», – сказал Карло Скало, доцент кафедры машиностроения Purdue, получивший вежливую встречу в области аэронавтики и космонавтики. "Это очень сложно в вычислительном отношении моделировать, потому что у вас есть интенсивное локализованное событие, которое происходит между двумя структурами, которые выглядят довольно невинно и без происшествий, пока они не столкнутся."
Используя суперкомпьютер Брауна в Университете Пердью для вычислений среднего размера и средства Министерства обороны для крупномасштабных вычислений, команда смоделировала целое событие столкновения, полностью смоделировав тысячи событий, которые происходят при столкновении этих вихрей.
В настоящее время команда работает с Министерством обороны над применением модели к крупномасштабным тестам, относящимся к армейским транспортным средствам и системам вооружения.
«Если вы можете точно смоделировать тысячи событий в потоке, например, исходящих от лопасти вертолета, вы можете разработать гораздо более сложные системы», – сказал Скало.
Центр перспективных вычислений им. Розена в Пердью и США.S.
Научно-исследовательская лаборатория ВВС США Центр суперкомпьютерных ресурсов Министерства обороны предоставил дополнительную поддержку этому исследованию.