Türbülans modeli, aşırı senaryolarla başa çıkabilen uçakların tasarlanmasına yardımcı olabilir

Öne Çıkanlar

Türbülans modeli, aşırı senaryolarla başa çıkabilen uçakların tasarlanmasına yardımcı olabilir
Yeni bir modelleme yaklaşımı, mühendislerin bir süper bilgisayarda kapsamlı veri işleme yapmalarına gerek kalmadan tüm girdap çarpışmasını simüle etmelerine olanak tanır. Kredi: Purdue Üniversitesi videosu / Xinran Zhao

2018’de Avustralya’ya giden bir uçuşta bulunan yolcular, uçağını takip eden bir girdap başka bir uçuşun ardından geçtiğinde 10 saniyelik korkunç bir burun hareketi yaşadı. Havayolu, bu girdapların çarpışmasının, serbest düşüşe yol açan şiddetli türbülans yarattığından şüpheleniyordu.

Uçak tasarımcılarının şu anda kullandığı simülasyonlar, vorteks çarpışma olaylarının yalnızca bir kısmını yakalar ve bir süper bilgisayarda kapsamlı veri işlemeyi gerektirir. Girdaplar çarpıştığında meydana gelen her şeyi kolayca simüle edememek, sınırlı uçak tasarımlarına sahiptir.

Araştırmacılar, daha gerçekçi ve eksiksiz simülasyonlarla, mühendislerin daha ani manevralar yapabilen savaş uçakları veya uçak gemilerine daha güvenli iniş yapabilen helikopterler gibi uçakları tasarlayabileceklerini söyledi.

Makine mühendisliği profesörü Carlo Scalo ve araştırma ekibi, vorteks akış fenomenini verimli bir şekilde simüle eden modeller geliştirmek için süper bilgisayarlar kullanıyor.

Purdue’de makine mühendisliği profesörü olan Carlo Scalo, havacılık ve uzay bilimlerinden nezaketle randevu alarak, “Aşırı koşullardaki uçaklar basit modellemeye güvenemez” dedi.

“Sadece bu hesaplamalardan bazılarının sorunlarını gidermek için bir ay boyunca binlerce işlemci üzerinde çalıştırılması gerekebilir. Uçak tasarımı yapmak için daha hızlı hesaplamaya ihtiyacınız var.”

Mühendisler, Scalo’nun ekibinin geliştirdiği modeli çalıştırmak için yine de bir süper bilgisayara ihtiyaç duyacaklardı, ancak büyük ölçekli hesaplamalar için tipik olarak gerekli olandan çok daha az hesaplama kaynağı kullanarak zamanın yaklaşık onda biri ile yüzde biri arasında bir girdap çarpışmasını simüle edebileceklerdi.

Araştırmacılar, bu modeli “Tutarlı girdapları Koruma (CvP) Büyük Girdap Simülasyonu (LES)” olarak adlandırıyorlar. Bu modelin dört yıllık gelişimi, Journal of Fluid Mechanics’te yayınlanan bir makalede özetlenmiştir .

Scalo, “CvP-LES modeli, bir süper bilgisayarda bir ay beklemek zorunda kalmadan süper karmaşık fiziği yakalayabilir çünkü aşırı ölçekli hesaplamaların titizlikle yeniden üretmesi gereken fizik bilgisini zaten içeriyor,” dedi.

Mühendisler, azaltılmış hesaplama süresinde çarpışan girdapların tam ‘dansını’ simüle etmeyi mümkün kılar. Kredi: Purdue Üniversitesi

Eski Purdue doktora sonrası araştırmacısı Jean-Baptiste Chapelier , modelin iki yıllık inşa sürecini yönetti . Projedeki bir başka Purdue doktora sonrası araştırmacısı olan Xinran Zhao, modelin doğru olduğunu kanıtlamak için karmaşık, büyük ölçekli hesaplamalar yaptı. Bu hesaplamalar, araştırmacıların bir milyardan fazla nokta kullanarak problemin daha ayrıntılı bir temsilini oluşturmalarına izin verdi. Karşılaştırma için, bir 4K ultra yüksek çözünürlüklü TV, bir görüntüyü görüntülemek için yaklaşık 8 milyon nokta kullanır.

Araştırmacılar, bu temel çalışmadan yola çıkarak, CvP-LES modelini, bir uçağın kanatlarını izlediği ve yeniden bağlandıklarında “dans ettiği” bilinen yonca düğümlü girdaplar adı verilen iki vorteks tüpünün çarpışma olaylarına uyguladılar.

Bu dansı yakalamak son derece zor.

Scalo, “Girdaplar çarpıştığında, çok fazla türbülans yaratan bir çatışma olur. Simülasyonu hesaplama açısından çok zor çünkü oldukça masum görünen ve çarpışana kadar olaysız görünen iki yapı arasında yoğun bir yerelleştirilmiş olay yaşarsınız,” dedi Scalo.

Orta ölçekli hesaplamalar için Purdue’deki Brown süper bilgisayarı ve büyük ölçekli hesaplamalar için Savunma Bakanlığı tesislerini kullanan ekip, bu girdaplar dans ettiğinde meydana gelen binlerce olayın verilerini işledi ve bu fizik bilgisini modele yerleştirdi. Daha sonra tüm çarpışma dansını simüle etmek için türbülans modellerini kullandılar.

Scalo, mühendislerin herhangi bir süre boyunca girdapları simüle etmek için hazır modeli çalıştırarak bir  etrafında olanlara en iyi şekilde benzediğini söyledi. Fizikçiler ayrıca modeli akışkanlar dinamiği deneyleri için küçültebilirler.

Ordu Araştırma Ofisi Fluid Dynamics program yöneticisi Matthew Munson, “Dr. Scalo’nun yaklaşımıyla ilgili gerçekten akıllıca olan şey, akış fiziğini hesaplamak için en iyi taktiğe karar vermek için akış fiziği hakkındaki bilgileri kullanmasıdır,” dedi. ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı Ordu Araştırma Laboratuvarı.

“Bu akıllı bir stratejidir çünkü çözüm yöntemini diğer birçok yaklaşımdan daha geniş bir rejim çeşitliliğine uygulanabilir hale getirir. Bunun, askerlerimizin başarılı bir şekilde gerçekleştirmesine olanak sağlayacak araç platformları ve silah sistemlerinin tasarımı üzerinde gerçek bir etkiye sahip olması için muazzam bir potansiyel vardır. görevlerini yerine getirin. “

Scalo’nun ekibi, karmaşık girdap akışlarını araştırmaya devam etmek için Purdue’nin en yeni topluluk kümesi süper bilgisayarı Bell’i kullanacak. Ekip ayrıca CvP-LES  helikopterler gibi rotorlu araçlarla ilgili büyük ölçekli test durumlarına uygulamak için Savunma Bakanlığı ile birlikte çalışıyor .

Scalo, “Bir helikopter bıçağından gelenler gibi akıştaki binlerce olayı doğru bir şekilde simüle edebiliyorsanız, çok daha karmaşık sistemler tasarlayabilirsiniz,” dedi.

Diğer Yazılar

Okuyucu Yorumları

Bir Cevap Yazın

Popüler İçerikler