普渡大学湍流模型可能有助于飞机设计

工程师可以在减少计算时间的情况下模拟完整的碰撞涡旋“舞”。

工程师可以在减少计算时间的情况下模拟完整的碰撞涡旋“舞”。

一种新的建模方法使工程师可以模拟整个涡旋碰撞,而无需在超级计算机上进行大量的数据处理。图片由普渡大学/赵欣然提供。


为了帮助设计在极端情况下可以更好地机动的飞机, 普渡大学 研究人员开发了一种建模方法,可以在减少的计算时间下模拟涡旋碰撞的整个过程。然后,可以将这些物理知识并入工程设计规范中,以便飞机做出适当的响应。

飞机设计人员当前使用的模拟仅捕获涡旋碰撞事件的一部分,并且需要在超级计算机上进行大量数据处理。涡旋碰撞无法轻松模拟发生的一切,从而限制了飞机的设计。

研究人员说,通过更现实,更完整的仿真,工程师可以设计能够进行更突然机动的战斗机或直升飞机等能够更安全着陆的飞机。

“极端条件下的飞机不能依靠简单的模型,” says 普渡大学(Purdue)副教授Carlo Scalo 机械工业 有礼貌的约会 航空航天。

“仅对其中一些计算进行故障排除,可能需要在一个月的一千个处理器上运行它们。您需要更快的计算来进行飞机设计。”

工程师仍然需要一台超级计算机来运行Scalo的模型’的团队进行了开发,但是他们能够使用比大规模计算通常所需的计算资源少得多的计算资源,在大约十分之一到百分之一的时间内模拟涡旋碰撞。

研究人员称该模型为“相干涡度保持(CvP)大涡模拟(LES)。”该模型的四年发展总结在发表于 流体力学杂志.

“CvP-LES模型能够捕获超级复杂的物理学,而无需在超级计算机上等待一个月,因为它已经包含了对物理的知识,而极端规模的计算将不得不对其进行精心再现,” Scalo says.

普渡大学前博士后研究员让·巴蒂斯特·查佩利尔(Jean-Baptiste Chapelier)领导了为期两年的研究 建立模型。该项目的另一位普渡大学博士后研究员Xinxin Zhao进行了复杂的大规模计算,以证明该模型是准确的。这些计算使研究人员可以使用十亿多个点来更详细地表示问题。为了进行比较,一台4K超高清电视使用大约800万个点来显示图像。

在此基础上,研究人员将CvP-LES模型应用于两个称为三叶形打结涡流的涡流管的碰撞事件,这些涡流跟踪飞机的机翼和“dance”当他们重新连接时。 

“当涡流碰撞时,’产生大量湍流的碰撞。它’在计算上很难进行模拟,因为您会在两个看上去无害且平整的结构之间发生强烈的局部事件,直到它们发生碰撞,” Scalo said.

使用 Brown supercomputer 在普渡大学进行中型计算,在国防部进行大型计算,该团队处理了旋涡起舞时发生的数千个事件的数据,并将物理知识建立到了模型中。然后,他们使用湍流模型来模拟整个碰撞舞蹈。

工程师可以 斯考洛说,运行现成的模型可以在任何时间长度上模拟旋涡,以最类似于飞机周围发生的情况。物理学家还可以缩小模型以进行流体动力学实验。

“The thing that’对Scalo博士真的很聪明’它的方法是使用有关流物理学的信息来决定计算流物理学的最佳策略,” says 陆军研究室流体动力学项目经理Matthew Munson,这是美国陆军作战能力发展司令部的成员’的陆军研究实验室。

“It’这是一个明智的策略,因为与其他许多方法相比,它使解决方法适用于更多种情况。这对于在车辆平台和武器系统的设计上产生真正影响具有巨大的潜力,这将使我们的士兵成功地完成任务。”

斯卡洛’的团队将使用普渡大学’s 最新的社区集群超级计算机,贝尔,继续研究复杂的涡流。该团队还与国防部合作,将CvP-LES模型应用于与直升机等旋翼飞机有关的大规模测试案例。

“If you’为了能够准确模拟流动中的数千个事件(例如来自直升机叶片的事件),您可以设计更复杂的系统,” Scalo says.

这项工作得到了陆军研究室的支持’s 青年研究人员计划(W911NF-18-1-0045)。研究人员还承认 位于普渡大学的罗森高级计算中心以及美国空军研究实验室国防部超级计算资源中心,通过子项目ARONC00723015进行分配。

来源:从公司收到的新闻材料和从公司收集的其他信息’s website.

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