Nauji turbulencijos modeliai gali padėti suprojektuoti orlaivius, kurie gali susidoroti su ekstremaliomis sąlygomis.

Nauji modeliavimo metodai leidžia inžinieriams imituoti visus sūkurinius susidūrimus nereikia apdoroti didelių duomenų superkompiuteriu. Kreditas: Purdue universitetas / Xinran Zhao.

Inžinierius leido visiškai imituoti susidūrusių vandens srovių „smūgius“ esant trumpesniam skaičiavimo laikui.

2018 m. Keleiviai, skridę į Australiją, susidūrė su siaubingu 10 sekundžių incidentu, kai sūkurys traukė savo lėktuvus į kitą skrydį. Šie sūkuriniai susirėmimai, įtariamas lėktuvo lėktuvas, sukėlė stiprią turbulenciją, dėl kurios žlugo.

Norėdami padėti suprojektuoti plokštumą, kuri galėtų geriau manevruoti ekstremaliose situacijose, Purdue universiteto mokslininkai sukūrė modeliavimo metodą, kuris imituoja visą sūkurinių susidūrimų procesą per trumpesnį skaičiavimo laiką. Tada šias fizikos žinias galima derinti su inžinerinio projekto kodais, kad orlaivis galėtų tinkamai reaguoti.

Modeliavimas, kurį šiuo metu naudoja orlaivių dizaineriai, užfiksuoja tik dalį sūkurio susidūrimo ir reikalauja išsamaus superkompiuterio duomenų apdorojimo. Neįmanoma lengvai imituoti visko, kas atsitinka sukantis sūkuriui, yra ribotas orlaivių dizainas.

Tyrėjai teigė, kad atlikdami tikroviškesnes ir turtingesnes simuliacijas inžinieriai galėtų sukurti tokius orlaivius kaip staigius manevrus galintis naikintuvas ar sraigtasparnis, kuris galėtų saugiau nusileisti ant lėktuvnešio.

„Paprastam modeliavimui negalima pasikliauti ekstremalių sąlygų orlaiviais“, – sakė Carlo Scalo, Purdue mechanikos inžinerijos profesorius, mandagiai paskyręs aeronautikos ir astronautikos sritis.

„Norint išspręsti kai kuriuos iš šių skaičiavimų, gali prireikti mėnesio, kad jį paleistų tūkstančiai procesorių. Norint suprojektuoti lėktuvą, reikia atlikti greitesnius skaičiavimus “.

Inžinieriams vis dar reikalingas superkompiuteris, kad būtų galima paleisti „Scalo“ komandos sukurtus modelius, tačiau jie galės imituoti sūkurinius susidūrimus maždaug nuo dešimtos iki šimto, naudodami mažiau skaičiavimo išteklių. Reikalingas dideliems skaičiavimams.

Tyrėjai modelį vadina „Coherent-vorticity-Preserves (CvP) Large-Eddy Simulation (LES)“. Ketverių metų šio modelio plėtra apibendrinta žurnale paskelbtame straipsnyje. Skysčių mechanikos leidinys.

„CvP-LES modelis sugeba užfiksuoti pažangią sudėtingą fiziką, nelaukiant mėnesio ant superkompiuterio, nes jis sujungia fizikos žinias, kur kraštutiniai skaičiavimai turi būti kruopščiai atkuriami“, – sakė Scalo.

Carlo Scalo

Mechanikos inžinerijos profesorius Carlo Scalo ir jo tyrimų grupė naudojo superkompiuterius kurdami modelius, kurie efektyviai imituoja sūkurio srauto reiškinius. Kreditas: Purdue universitetas / Rebecca McElhoe.

Dvejus metus trukusiam modeliavimo procesui vadovavo buvęs Purdue mokslų daktaras Jean-Baptiste Chapelier. Kitas projekto „Purdue“ mokslų daktaras Xinranas Zhao atliko didelius ir sudėtingus skaičiavimus, kad įrodytų, jog modeliai buvo tikslūs. Šie skaičiavimai leidžia tyrėjams sukurti išsamesnį problemos vaizdavimą naudojant daugiau nei milijardą balų. Palyginimui, 4K ypač aukštos raiškos televizoriuje vaizdui rodyti naudojama apie 8 milijonai taškų.

Tyrėjai panaudojo „CvP-LES“ modelį dviejų vamzdžių sūkurio susidūrimo įvykiui, žinomam kaip trefolio prikabintas sūkurys, kuris, kaip žinoma, seka lėktuvo sparnus ir „šoka“, kai vėl jungiasi.

Šį šokį labai sunku užfiksuoti.

„Susidūrus sūkurinėms vonioms, susidurs daug turbulencijų. Skaičiavimo modeliavimas yra nepaprastai sunkus, nes turite intensyvių lokalizuotų įvykių, vykstančių tarp dviejų nekaltų struktūrų, ir nė vienas iš jų nevyksta, kol jie nesusiduria “, – sako Scalo.

Naudodama „Brown“ superkompiuterį „Purdue for Medium Computing“ ir Gynybos departamento patalpose didelio masto skaičiavimams, komanda apdorojo duomenis apie tūkstančius įvykių, įvykusių, kai šie sūkuriai atšoko, ir sudarė šias fizikos žinias kaip modelį. Tada jie naudojo turbulencijos modelius, kad imituotų visų susidūrimų pulsacijas.

Inžinieriai gali bet kuriuo metu paleisti paruoštus modelius sūkurinėms srovėms imituoti, kad geriausiai primintų tai, kas vyksta aplink orlaivį, sakė Scalo. Fizikai taip pat gali sutrumpinti skysčių dinamikos eksperimentų modelį.

„Kažkas tikrai protingo apie Dr. „Scalo“ turi naudoti srauto fizikos duomenis, kad nuspręstų geriausią srauto fizikos skaičiavimo strategiją “, – sakė Matthew Munsonas,„ Fluid Dynamics “programos vadovas Armijos tyrimų biure. Armijos tyrimų laboratorija plėtoja JAV armijos kovinius pajėgumus.

“Tai protinga strategija, nes ji daro sprendimą pritaikomą platesniam režimų spektrui nei bet kuris kitas požiūris, turi didžiulį potencialą realiai paveikti platformų, transporto priemonių ir ginklų, kurie įgalins mūsų karius, dizainą. Sėkmingai įvykdėte misiją”

„Scalo“ komanda naudos naujausią „Purdue“ bendruomenės klasterio superkompiuterį „Bell“, kad toliau tirtų sudėtingas sūkurines sroves. Komanda taip pat bendradarbiauja su Gynybos departamentu, kad pritaikytų „CvP-LES“ modelį didesniems bandomiesiems atvejams, susijusiems su rotoriais, pavyzdžiui, sraigtasparniais.

„Jei galite tiksliai imituoti tūkstančius įvykių, panašių į sraigtasparnio ašmenis, galite sukurti daug sudėtingesnę sistemą“, – sakė Scalo.

Nuoroda: 2021 m. Sausio 15 d. Xinrano Zhao, Zongxino Yu, Jeano-Baptiste’o koplyčios ir Carlo Scalo “tiesioginis ir plataus masto trilapio sūkurio modeliavimas”, Skysčių mechanikos leidinys.
DOI: 10.1017 / jfm.2020.943

Šį darbą remia armijos tyrimų agentūros jaunųjų tyrėjų programa pagal apdovanojimą. W911NF-18-1-0045 Tyrėjai taip pat pripažįsta paramą „Rosen Center for Advanced Computing at Purdue“ ir JAV oro pajėgų Gynybos superkompiuterijos išteklių centro departamentą, skirdami asignavimus pagal paprogramę. ARONC00723015

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ribinių sąsajų inžinerija tarp 2D և 3D medžiagų

Autorius: Davidas L. Chandleris, Masačusetso technologijos institutas 2021 m. Kovo 2 d Šie aukso atomų, esančių ant dvimatio molibdeno sulfido sluoksnio, „atomų“ vaizdai buvo pagaminti...

Tėvų švietimo vertinimo santykiai su demografiniais ir egzaminų balais, mokyklinis ugdymas

Kruopščiai atspindi spalvų skirtumus ir pajamų skirtumus K-12 mokyklose. Preliminariame JAV valstybinių K-12 valstybinių mokyklų tėvų vertinimo tyrime, kuris pirmą kartą buvo paskelbtas 2009–2019 m....

Įdomi Trojos asteroidų maršruto istorija – surastas ir pavadintas NASA Lucy taikinys

Septynių Liucijos kelionės tikslų iliustracija: asteroido asteroidas Patroclus / Menoetius, Eurybates, Orus, Leucus, Polymele ir pagrindinis asteroidų diržas Donaldas Johansonas. Apdovanojimai: NASA „Goddard“...

Pirmasis žinomų žmogaus virusinių infekcijų, įskaitant naujas ID-19 mutacijas, tyrimas

Šis testas yra labai jautrus ir apsaugo nuo melo, kurį sukelia genetiniai panašumai. Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo simptomais Ir kitos žmogaus infekcinės ligos. Infekcijos...

Žemės tyrinėjimas iš kosmoso: Vankuveris, Britų Kolumbija, Kanada

Šį vaizdą padarė „Copernicus Sentinel-2“ misija 2019 m. Liepos 29 d. Vaizdo viršuje matomas Vankuveris yra tarp Burrardo įlankos ir Fraserio upės deltos,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.