Los investigadores de KAUST están utilizando simulaciones para comprender mejor cómo los vehículos aéreos generan ruido con el objetivo de reducirlo. Crédito:KAUST
La simulación eficiente del ruido generado por las alas y las hélices promete acelerar el desarrollo de aviones y turbinas más silenciosas.
Un nuevo enfoque de simulación ha permitido una primera práctica, y altamente preciso, cálculo de las características de ruido de diseños complejos de superficies aerodinámicas tridimensionales en condiciones de funcionamiento extremas. Al acortar las simulaciones que habrían tardado meses o semanas en ejecutarse a solo días u horas, El nuevo enfoque podría acelerar el desarrollo de diseños de perfiles aerodinámicos más silenciosos para permitir la próxima generación de aeronaves y vehículos aéreos urbanos.
"El ruido de las aeronaves ya es un problema para muchas comunidades ubicadas cerca de los principales aeropuertos, y esto solo empeorará con el uso ampliado de drones y, en el futuro, taxis aéreos y vehículos aéreos privados, "dice Radouan Boukharfane, un postdoctorado en KAUST.
Perfiles aerodinámicos:alas, hélices y álabes de turbinas:normalmente se diseñan y perfeccionan utilizando técnicas matemáticas aplicadas relativamente rápidas. Sin embargo, características como la generación de ruido son más complejas. Por lo general, estos requieren pruebas que utilizan modelos experimentales porque las simulaciones numéricas directas capaces de resolver tales características son tan intensivas desde el punto de vista computacional que, incluso en las computadoras más rápidas de la actualidad, tardarían meses en completarse.
"En problemas de ingeniería realistas en aeroacústica, las interacciones entre el flujo de aire turbulento y la superficie son importantes, ", dice Boukharfane." Uno de nuestros principales desafíos fue cómo modelar los flujos de aire comprimible a través de la superficie bajo alta turbulencia con suficiente precisión para predecir la separación del flujo de aire sobre una superficie suavemente curvada y su reinserción cerca del borde de fuga ".
En lugar de simular directamente todo el campo de flujo a alta resolución, Boukharfane, con colegas Matteo Parsani, y Julien Bodart, aplicó una simulación de gran remolino modelada en la pared (WMLES) para modelar los flujos cercanos a la superficie a alta resolución mientras se reducía la intensidad computacional general al modelar solo estructuras de flujo más grandes más alejadas del perfil aerodinámico.
"El enfoque WMLES utilizado en este trabajo nos permite reproducir muchas de las características cualitativas clave del flujo de aire que se ven en los experimentos, así como características relacionadas con el ruido como los espectros de presión de la pared. En tono rimbombante, también hemos demostrado que el método es válido para alta velocidad y flujo altamente turbulento, "dice Boukharfane.
Los investigadores están modelando los flujos de aire comprimible a través de superficies bajo alta turbulencia para revelar las ondas de presión que escuchamos como sonido. Crédito:KAUST
El algoritmo descrito en el documento es el último de un conjunto de herramientas desarrolladas por el Laboratorio de algoritmos avanzados y simulaciones numéricas. y se basa en una colaboración con el Instituto Superior de Aeronáutica y el Espacio de Francia en el marco de la Empresa Común Clean Sky de la Unión Europea. Algunas de estas herramientas están siendo utilizadas y probadas actualmente por la NASA, Airbus y el Instituto Nacional de Aeroespacial de Virginia.
"Nuestro equipo se encuentra en una posición única en la intersección del análisis numérico, física, e informática de alto rendimiento para desarrollar algoritmos novedosos y eficientes que tengan mejor en cuenta los fenómenos físicos y utilicen de manera eficiente las arquitecturas informáticas modernas, "dice Parsani.
