軍隊飛行器設計和武器系統依賴(lài)于預測空氣動(dòng)力學(xué)行為的能力,常常借助先進(jìn)的計算機模擬的氣流的身體。 協(xié)助工程師最大化高保真模型加載一個(gè)旋翼飛機能舉起多少或導彈能飛多遠,但這些模擬并不便宜。
設計師目前使用的模擬需要大量的數據處理超級計算機,只捕獲渦碰撞事件的一部分——這可能導致嚴重的性能下降,從轉子上的升力損失完全失去控制的彈藥。 一個(gè)新的湍流模型可以改變這種狀況。
陸軍研究辦公室,美國陸軍作戰能力發(fā)展的一個(gè)元素命令,現在被稱(chēng)為DEVCOM,陸軍研究實(shí)驗室資助的普渡大學(xué)的研究人員提前一個(gè)湍流模型稱(chēng)為Coherent-vorticity-Preserving大渦模擬,稱(chēng)為CvP萊斯。 發(fā)表在《流體力學(xué)雜志,新方法模擬渦碰撞事件的整個(gè)過(guò)程快100倍比現有最先進(jìn)的仿真技術(shù)。
“真正聰明的普渡的方法是,它使用的信息流動(dòng)物理來(lái)決定最好的策略計算物理流,”馬修·芒森博士說(shuō),項目經(jīng)理在A(yíng)RO流體動(dòng)力學(xué)。 “這是巨大的潛力產(chǎn)生實(shí)際影響車(chē)輛平臺和武器系統的設計,使我們的士兵成功地完成任務(wù)?!?/span>
飛機顛簸的流體動(dòng)力學(xué)復雜,準確模擬在計算機幾乎是不可能的。 卡洛教授Scalo飛躍在這個(gè)過(guò)程中,通過(guò)建模漩渦碰撞的兩種方式:直接數值模擬后,一旦與大渦模擬。 現在可以使用這個(gè)模型由工程師設計更好的飛機,而不必等待幾個(gè)月超級計算機計算。
模型可以用來(lái)模擬渦流在任何的時(shí)間長(cháng)度最好類(lèi)似飛機周?chē)l(fā)生了什么。 例如,作為轉子葉片在空中移動(dòng),它生成一個(gè)復雜的系統遇到的下一個(gè)葉片的漩渦通道。 葉片之間的相互作用和渦流會(huì )導致振動(dòng),噪音,和退化的空氣動(dòng)力學(xué)性能。 理解這些交互是第一步修改設計,以減少對車(chē)輛的影響的能力。
在這項研究中,研究人員模擬兩個(gè)渦管的碰撞事件稱(chēng)為三葉草打結的漩渦。 這種互動(dòng)分享了很多共同的特征通常漩渦出現在軍隊的應用程序。 模擬碰撞的發(fā)展需要極其高分辨率、大幅增加計算成本。
方法依賴(lài)于聰明的技術(shù),平衡成本和精度。 它能夠快速檢測區域的流湍流尺度,然后確定細膩,即時(shí),適當的數值方案和湍流模型應用在本地。 這也允許僅適用于計算能力最需要的地方,實(shí)現最高的一個(gè)解決方案可能忠誠對于一個(gè)給定的預算數量的計算資源。
“當漩渦碰撞,沖突,造成了很多動(dòng)蕩,”卡洛Scalo說(shuō),普渡大學(xué)的機械工程副教授在航空航天禮貌約會(huì )。 “很難計算模擬,因為你有一個(gè)強烈的局部事件發(fā)生在兩個(gè)結構看起來(lái)很無(wú)辜的,平淡無(wú)奇,直到他們相撞?!?/span>
使用中型的布朗普渡大學(xué)超級計算機計算和國防部設施大規模計算,模擬整個(gè)團隊碰撞事件,完全模擬成千上萬(wàn)的事件,當這些漩渦發(fā)生碰撞。
這個(gè)團隊現在正與國防部合作,將模型應用于大規模的測試用例與軍隊車(chē)輛和武器系統。
“如果你能夠準確地模擬成千上萬(wàn)的事件流像那些來(lái)自直升機槳葉,你可以設計更復雜的系統,“Scalo說(shuō)。