Тем не менее, по крайней мере, в одной области — а именно в вычислительной гидродинамике или CFD — инструменты проектирования, которые помогли нам создать современные авиалайнеры, летающие сегодня, не смогут справиться с задачами в будущем без серьезных обновлений.
Это был вывод из недавно опубликованного НАСА отчета под названием «Исследование CFD Vision 2030: путь к революционным вычислительным аэронаукам»."Это стало результатом годичного исследования, финансируемого НАСА, которое включало Boeing, Pratt & Whitney, Стэнфордский университет, Массачусетский технологический институт, Университет Вайоминга и Национальный центр приложений суперкомпьютеров.
Дилемма состоит в том, что сегодняшняя CFD, имитирующая воздушный поток вокруг самолета и через его реактивные двигатели, в значительной степени предназначена для самолетов с традиционными конфигурациями труб и крыльев, к которым все привыкли. И даже тогда полная эффективность CFD на всех этапах полета ограничена.
Но будущие конструкции самолетов, которые будут регулярно летать в 2030-х годах, могут сильно отличаться от современных авиалайнеров, чтобы выполнить обещания по снижению расхода топлива, шума и выбросов.
Крылья могут быть длиннее и тоньше и поддерживаться или скрепляться фермами. Корпуса самолетов могут быть более широкими и плоскими или иметь более заостренные носы.
Реактивные двигатели могут быть установлены на крыше самолета. Или стык между крылом и корпусом может быть объединен в цельный контур.
Понимание физики, лежащей в основе того, как все эти новые переменные будут влиять на воздушный поток на всех этапах полета, а затем найти способ смоделировать это с помощью компьютерного моделирования и подтвердить точность CFD — вот задачи, с которыми сейчас сталкиваются компьютерные эксперты НАСА.
«Если мы сможем добавить больше физики в модели, которые мы используем с нашим CFD, у нас будет более общий инструмент, который сможет воздействовать не только на нестандартные условия обычных трубчатых и крыльевых самолетов, но и будет лучше работать с различные конфигурации будущего ", — сказал Майк Роджерс, аэрокосмический инженер исследовательского центра НАСА Эймса в Калифорнии.
Данные испытаний в аэродинамической трубе этих новых конструкций самолетов по мере их появления помогут усовершенствовать алгоритмы CFD. Общая цель — улучшить весь набор возможностей тестирования — имитационное моделирование, наземные и летные испытания — чтобы предоставить конструкторам более эффективный и всеобъемлющий набор инструментов для более быстрого продвижения современных достижений.
"Это итеративный процесс", — сказал Роджерс. «Нам необходимо постоянно оценивать, насколько хорошо работают наши инструменты, чтобы мы знали, подходят они или нет."
Между тем, даже когда эксперты NASA по CFD работают над достижением своих долгосрочных целей на будущее к 2030 году — успехи стали возможны только благодаря значительному скачку скорости и мощности компьютерной обработки, — их первым шагом является выполнение ряда дополнительных задач. немедленные технические проблемы уже в 2017 году.
Первая цель — снизить на 40 процентов ошибку при вычислении нескольких явлений потока, для которых текущие модели не могут дать точных прогнозов; эти особенности потока, вероятно, будут встречаться на некоторых из новых конфигураций самолетов, которые сейчас изучаются.
В отчете подчеркивается необходимость обновления не только алгоритмов CFD, но также обсуждается, как эти новые алгоритмы должны быть написаны, чтобы воспользоваться преимуществами постоянно растущей скорости и сложности будущих суперкомпьютеров.