Berta Sándor
Új tudományág segíti a repülőgépek tervezését
Tovább javítható az aerodinamika és a repülőgépek hatékonysága közötti összefüggések megértése.
A légi közlekedés szén-dioxid-mentessé tétele sok apró lépés és valódi technológiai áttörés összjátékán alapul. Minden megközelítés csak akkor lehet sikeres, ha egy olyan ökoszisztémába illeszkedik, amelyet együttműködésre képesnek terveztek. Ezt szem előtt tartva az Airbus és Európa két vezető kutatóintézete, a francia Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA) és a Német Repülési és Űrhajózási Központ (DLR) azt vizsgálják, hogy a nagy teljesítményű számítástechnika hogyan javíthatja tovább az aerodinamika és a repülőgépek hatékonysága közötti összefüggések megértését.
A számítógépes áramlástan (CFD) egyesíti az alkalmazott matematikát, a fizikát és a nagy teljesítményű számítástechnikát. A CFD hozzájárul annak jobb megértéséhez, hogy hogyan mozog a levegő az összetett szerkezetek körül, segítve a repülőgépmérnököket a felhajtóerő maximalizálásában és a légellenállás minimalizálásában azért, hogy a légi járművek a lehető leghatékonyabban repüljenek alacsony és magas sebességen egyaránt. "A CFD az, ahol a tudomány találkozik a művészettel. Ez egy nagyszerű dolog, olyan, mint egyfajta számítógépes szélcsatorna" - jelentette ki Simon Galpin, az Airbus aerodinamikai vezetője. A szakember öt éve vezeti az Airbus nevében a francia ONERA és a DLR partnerséget. A két fél évtizedek óta az Airbus partnere.
Korábban mindkét kutatóintézet saját számítógépes kódokkal dolgozott, amelyek a CFD-szimulációk alapját képezték. Bár a kódok önmagukban is hatékonyak voltak, a különböző fejlesztőcsapatok között korlátozott volt a kommunikáció. Idővel világossá vált, hogy a kódokat kollektívan át kell dolgozni a nagy teljesítményű párhuzamos számítási platformok számára. A megújított partnerség célja, hogy ezeket a hiányosságokat orvosolja. "Értelemszerű volt, hogy egyesítettük az erőfeszítéseinket. Az ipari szintű CFD-kódok új generációját fejlesztjük, amely nemcsak áramlás-előrejelzésre, hanem repülőgépek, helikopterek és űrrendszerek esetében is használható" - emelte ki a menedzser.
Az első megállapodás aláírása nagy port kavart egy olyan területen, amely sok időt, erőforrást és befektetést igényel. "Egyik napról a másikra a kétszeresére nőtt az alkalmazottak száma. Hirtelen külön szakértői csapat állt a rendelkezésünkre a Rajna mindkét partján" - emlékezett vissza Philippe Beaumier, az ONERA Aeronautics igazgatója. A partnerek most meghosszabbították a megállapodásukat, azzal a céllal, hogy a kódot kiterjesszék az Airbus jelenlegi és jövőbeli kutatási projektjeire, például a ZEROe, az EcoPulse és az Open Fan programokra.
A kódot már most is használják olyan teszteknél, amelyeket korábban a korlátozott fizikai reprezentáció és számítási kapacitás miatt megvalósíthatatlannak tekintettek. Ezek a tesztek hamarosan befolyásolhatják a meghajtási, hajtómű- és szárnytechnológiák kiválasztását, amelyek meghatározzák az üzemanyag-hatékony repülőgépek új generációjának terveit. "Már a tervezési fázisban meg tudjuk jósolni a teljesítményt. Az új kóddal a szakemberek még radikálisabb tervezési koncepciókat, például egy repülő szárnyát is olyan sebességgel és pontossággal vizsgálhatják, ami a korábbi szoftverekkel nem volt lehetséges. A digitalizációnak az innováció ütemét felgyorsító lehetőségei nélkül nem lehetne elérni a légi közlekedés növekedésének és a kibocsátásoknak a szétválasztását" - taglalta dr. Markus Fischer, a DLR repüléstechnikai részlegének igazgatósági tagja.
A DLR osztja az Airbus és az ONERA elképzelését az éghajlat-kompatibilis légi közlekedésről, amihez egyedi megközelítésre van szükség. "A szén-dioxid-mentesítéshez kettős, egy technológiai és egy módszertani forradalomra van szükség. E célok eléréséhez a repülőgép-fejlesztési ciklusokat a felére kell csökkenteni. Ebben a kifinomult numerikus szimulációk kulcsszerepet játszanak" - erősítette meg Beaumier. Galpin rámutatott, hogy a paraffin alternatívák valószínűleg drágábbak lesznek. "Az alternatív üzemanyagok minden kilogrammjából minden gramm energiát ki kell hozni és a leghatékonyabb repülőgép-architektúrát kell használni. A modern CFD-módszerek alkalmazása segít a légellenállás lépésről lépésre történő csökkentésében" - tette hozzá.
Az Airbus hozzáfér a világ legerősebb számítógépes rendszereihez, amelyek segítik a kód fejlesztését és hitelesítését, és a mérnököknek lehetővé teszik az előrejelzéseik elkészítését. Ez egy inspiráló és kifizetődő feladat, amelynek gyakorlati alkalmazása is van. "A repülési ipar fenntarthatósági céljainak közvetlen támogatásáról van szó" - mondta Baumier. "Ez a projekt egy sokszínű, dinamikus és páneurópai kutatási hálózat útját kövezte ki. Meggyőződésünk, hogy munkánk segít a jövő repülőmérnökeit vonzani, hogy csatlakozzanak hozzánk a nulla kibocsátási cél elérésében." nyilatkozta - Pascal Larrieu, az Airbus numerikus szimulációs szakértője és az új áramlási megoldó vezető fejlesztője.
A légi közlekedés szén-dioxid-mentessé tétele sok apró lépés és valódi technológiai áttörés összjátékán alapul. Minden megközelítés csak akkor lehet sikeres, ha egy olyan ökoszisztémába illeszkedik, amelyet együttműködésre képesnek terveztek. Ezt szem előtt tartva az Airbus és Európa két vezető kutatóintézete, a francia Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA) és a Német Repülési és Űrhajózási Központ (DLR) azt vizsgálják, hogy a nagy teljesítményű számítástechnika hogyan javíthatja tovább az aerodinamika és a repülőgépek hatékonysága közötti összefüggések megértését.
A számítógépes áramlástan (CFD) egyesíti az alkalmazott matematikát, a fizikát és a nagy teljesítményű számítástechnikát. A CFD hozzájárul annak jobb megértéséhez, hogy hogyan mozog a levegő az összetett szerkezetek körül, segítve a repülőgépmérnököket a felhajtóerő maximalizálásában és a légellenállás minimalizálásában azért, hogy a légi járművek a lehető leghatékonyabban repüljenek alacsony és magas sebességen egyaránt. "A CFD az, ahol a tudomány találkozik a művészettel. Ez egy nagyszerű dolog, olyan, mint egyfajta számítógépes szélcsatorna" - jelentette ki Simon Galpin, az Airbus aerodinamikai vezetője. A szakember öt éve vezeti az Airbus nevében a francia ONERA és a DLR partnerséget. A két fél évtizedek óta az Airbus partnere.
Korábban mindkét kutatóintézet saját számítógépes kódokkal dolgozott, amelyek a CFD-szimulációk alapját képezték. Bár a kódok önmagukban is hatékonyak voltak, a különböző fejlesztőcsapatok között korlátozott volt a kommunikáció. Idővel világossá vált, hogy a kódokat kollektívan át kell dolgozni a nagy teljesítményű párhuzamos számítási platformok számára. A megújított partnerség célja, hogy ezeket a hiányosságokat orvosolja. "Értelemszerű volt, hogy egyesítettük az erőfeszítéseinket. Az ipari szintű CFD-kódok új generációját fejlesztjük, amely nemcsak áramlás-előrejelzésre, hanem repülőgépek, helikopterek és űrrendszerek esetében is használható" - emelte ki a menedzser.
Az első megállapodás aláírása nagy port kavart egy olyan területen, amely sok időt, erőforrást és befektetést igényel. "Egyik napról a másikra a kétszeresére nőtt az alkalmazottak száma. Hirtelen külön szakértői csapat állt a rendelkezésünkre a Rajna mindkét partján" - emlékezett vissza Philippe Beaumier, az ONERA Aeronautics igazgatója. A partnerek most meghosszabbították a megállapodásukat, azzal a céllal, hogy a kódot kiterjesszék az Airbus jelenlegi és jövőbeli kutatási projektjeire, például a ZEROe, az EcoPulse és az Open Fan programokra.
A kódot már most is használják olyan teszteknél, amelyeket korábban a korlátozott fizikai reprezentáció és számítási kapacitás miatt megvalósíthatatlannak tekintettek. Ezek a tesztek hamarosan befolyásolhatják a meghajtási, hajtómű- és szárnytechnológiák kiválasztását, amelyek meghatározzák az üzemanyag-hatékony repülőgépek új generációjának terveit. "Már a tervezési fázisban meg tudjuk jósolni a teljesítményt. Az új kóddal a szakemberek még radikálisabb tervezési koncepciókat, például egy repülő szárnyát is olyan sebességgel és pontossággal vizsgálhatják, ami a korábbi szoftverekkel nem volt lehetséges. A digitalizációnak az innováció ütemét felgyorsító lehetőségei nélkül nem lehetne elérni a légi közlekedés növekedésének és a kibocsátásoknak a szétválasztását" - taglalta dr. Markus Fischer, a DLR repüléstechnikai részlegének igazgatósági tagja.
A DLR osztja az Airbus és az ONERA elképzelését az éghajlat-kompatibilis légi közlekedésről, amihez egyedi megközelítésre van szükség. "A szén-dioxid-mentesítéshez kettős, egy technológiai és egy módszertani forradalomra van szükség. E célok eléréséhez a repülőgép-fejlesztési ciklusokat a felére kell csökkenteni. Ebben a kifinomult numerikus szimulációk kulcsszerepet játszanak" - erősítette meg Beaumier. Galpin rámutatott, hogy a paraffin alternatívák valószínűleg drágábbak lesznek. "Az alternatív üzemanyagok minden kilogrammjából minden gramm energiát ki kell hozni és a leghatékonyabb repülőgép-architektúrát kell használni. A modern CFD-módszerek alkalmazása segít a légellenállás lépésről lépésre történő csökkentésében" - tette hozzá.
Az Airbus hozzáfér a világ legerősebb számítógépes rendszereihez, amelyek segítik a kód fejlesztését és hitelesítését, és a mérnököknek lehetővé teszik az előrejelzéseik elkészítését. Ez egy inspiráló és kifizetődő feladat, amelynek gyakorlati alkalmazása is van. "A repülési ipar fenntarthatósági céljainak közvetlen támogatásáról van szó" - mondta Baumier. "Ez a projekt egy sokszínű, dinamikus és páneurópai kutatási hálózat útját kövezte ki. Meggyőződésünk, hogy munkánk segít a jövő repülőmérnökeit vonzani, hogy csatlakozzanak hozzánk a nulla kibocsátási cél elérésében." nyilatkozta - Pascal Larrieu, az Airbus numerikus szimulációs szakértője és az új áramlási megoldó vezető fejlesztője.