KAUST -forskare använder simuleringar för att bättre förstå hur luftburna fordon genererar buller i syfte att minska det. Upphovsman:KAUST
Att effektivt simulera bullret från vingar och propellrar lovar att påskynda utvecklingen av tystare flygplan och turbiner.
En ny simuleringsmetod har möjliggjort en första praktisk, och mycket exakt, beräkning av brusegenskaperna hos komplexa tredimensionella flygplanskonstruktioner under extrema driftförhållanden. Genom att förkorta simuleringar som skulle ha tagit månader eller veckor att köra till bara dagar eller timmar, det nya tillvägagångssättet kan påskynda utvecklingen av tystare flygplanskonstruktioner för att möjliggöra nästa generations flygplan och stadsbaserade luftfartyg.
"Flygbuller är redan ett problem för många samhällen nära stora flygplatser, och detta kommer bara att bli värre med den utökade användningen av drönare och, i framtiden, flygtaxi och privata luftburna fordon, "säger Radouan Boukharfane, en postdoc på KAUST.
Flygplan - vingar, propellrar och turbinblad - är vanligtvis konstruerade och förfinade med hjälp av relativt snabba tillämpade matematiska tekniker. Dock, egenskaper som bullergenerering är mer komplexa. Dessa kräver vanligtvis tester med experimentella modeller eftersom de direkta numeriska simuleringarna som kan lösa sådana funktioner är så beräknande intensiva att, även på dagens snabbaste datorer, de skulle ta månader att slutföra.
"I realistiska tekniska problem inom aeroakustik, interaktionerna mellan det turbulenta luftflödet och ytan är viktiga, "säger Boukharfane." En av våra främsta utmaningar var hur man modellerar kompressibla luftflöden över ytan under hög turbulens med tillräcklig noggrannhet för att förutsäga separationen av luftflödet över en jämnt krökt yta och dess återfästning nära bakkanten. "
Istället för att direkt simulera hela flödesfältet med hög upplösning, Boukharfane, med kollegorna Matteo Parsani, och Julien Bodart, tillämpade en väggmodellerad storvirvelsimulering (WMLES) för att modellera flödet nära ytan vid hög upplösning samtidigt som den totala beräkningsintensiteten minskades genom att modellera endast större flödestrukturer längre från flygplanet.
"WMLES -metoden som används i detta arbete gör att vi kan återge många av de viktigaste kvalitativa egenskaperna hos luftflödet som ses i experiment, samt bullerrelaterade egenskaper som väggtrycksspektra. Viktigt, vi har också visat att metoden gäller för hög hastighet och mycket turbulent flöde, säger Boukharfane.
Forskarna modellerar komprimerbara luftflöden över ytor under hög turbulens för att avslöja tryckvågorna vi hör som ljud. Upphovsman:KAUST
Algoritmen som beskrivs i artikeln är den senaste i en uppsättning verktyg som utvecklats av Advanced Algorithms and Numerical Simulations Laboratory, och bygger vidare på ett samarbete med Higher Institute of Aeronautics and Space i Frankrike under EU:s gemensamma företag Clean Sky. Några av dessa verktyg används och testas för närvarande av NASA, Airbus och National Institute of Aerospace i Virginia.
"Vårt team är unikt placerat i skärningspunkten mellan numerisk analys, fysik, och högpresterande datorer för att utveckla nya och effektiva algoritmer som bättre tar hänsyn till fysiska fenomen och effektivt använder moderna datorarkitekturer, säger Parsani.
