AeroMap: Ускоряем проектирование самолетов

Новый вычислительный подход AeroMap от Университета Суррея обещает значительно ускорить предсказание аэродинамического сопротивления на ранних этапах проектирования самолетов. Это может способствовать созданию более безопасных и экономичных летательных аппаратов.

Точное предсказание сопротивления на начальной стадии разработки критически важно. Оно помогает инженерам избежать дорогостоящих переделок и сократить объем трудоемких испытаний в аэродинамических трубах или масштабных компьютерных симуляций. AeroMap способен быстро оценивать сопротивление для различных конфигураций крыла и фюзеляжа при скоростях, близких к звуковым.

Исследование, опубликованное в журнале Aerospace Science and Technology, демонстрирует, что AeroMap генерирует наборы данных в 10-100 раз быстрее, чем современные высокоточные симуляции, сохраняя при этом высокую степень точности. Эта скорость позволяет проектировщикам быстрее анализировать широкий спектр вариантов, что напрямую способствует разработке более топливоэффективных конструкций.

«Наша цель заключалась в разработке метода, обеспечивающего надежные предсказания трансзвукового аэродинамического сопротивления для различных конфигураций без высоких вычислительных затрат полномасштабных симуляций», — отмечает доктор Реджиш Джесудасан, ведущий автор исследования. «Предоставляя надежные результаты на ранних этапах проектирования, AeroMap снижает потребность в дорогостоящих перепроектированиях и повторных испытаниях в аэродинамических трубах. Кроме того, он предоставляет детали, необходимые инженерам для более эффективной доработки концепций с большей уверенностью».

AeroMap использует метод вязкостно-связанного полного потенциала. Он сочетает упрощенную форму уравнений Навье — Стокса, описывающих поток воздуха, с моделью тонкого пограничного слоя воздуха, обтекающего поверхность самолета. Такой подход позволяет AeroMap учитывать основные факторы, влияющие на сопротивление, без чрезмерных вычислительных требований, присущих более детализированным симуляциям. Это делает его практичным инструментом для начальных стадий проектирования.

Многие существующие модели до сих пор опираются на эмпирические методы, разработанные десятилетия назад. Несмотря на их широкое применение, они могут быть менее точными для современных высокоэффективных конструкций крыла. AeroMap был валидирован на данных испытаний NASA в аэродинамической трубе, показав высокую степень соответствия между его предсказаниями и экспериментальными измерениями, что подтверждает его пригодность для разработки экологичных летательных аппаратов.

«Точное прогнозирование трансзвуковых характеристик конфигураций самолетов на ранних этапах исследований остается серьезной проблемой», — говорит доктор Симао Маркес. «Предыдущие эмпирические подходы, основанные на устаревших наборах данных, могут испытывать трудности с учетом поведения современных высокоэффективных крыльев. AeroMap объединяет устоявшиеся аэродинамические принципы таким образом, чтобы повысить надежность предсказаний сопротивления на ранних этапах разработки, помогая инженерам принимать более обоснованные проектные решения».

«Мы изучаем, как AeroMap может быть интегрирован с методами оптимизации для оценки более широкого спектра конфигураций и сценариев производительности», — добавляет Джон Доэрти. «Этот подход может помочь инженерам выявлять более эффективные конструкции на ранних стадиях, потенциально снижая затраты на жизненный цикл и поддерживая отрасль в ее стремлении к достижению будущих целей устойчивого развития».