Un modèle de turbulence pourrait améliorer les performances des giravions et des munitions – Technoguide

La conception des véhicules aériens et des systèmes d’armes de l’armée repose sur la capacité de prédire le comportement aérodynamique, souvent aidée par des simulations informatiques avancées du flux d’air au-dessus du corps. Les simulations haute fidélité aident les ingénieurs à maximiser la charge qu’un giravion peut soulever ou la distance à laquelle un missile peut voler, mais ces simulations ne sont pas bon marché.

Les simulations que les concepteurs utilisent actuellement nécessitent un traitement de données approfondi sur les supercalculateurs et ne capturent qu’une partie des événements de collision vortex – ce qui peut entraîner une dégradation significative des performances, de la perte de portance sur un rotor à la perte totale de contrôle d’une munition. Un nouveau modèle de turbulence pourrait changer cela.

Le Army Research Office, un élément du US Army Combat Capabilities Development Command, maintenant connu sous le nom de DEVCOM, Army Research Laboratory, a financé des chercheurs de l’Université Purdue pour faire progresser un modèle de turbulence connu sous le nom de Coherent-vorticity-Preserving Large-Eddy Simulation, connu sous le nom de CvP LES. Publiée dans le Journal of Fluid Mechanics, la nouvelle méthodologie simule l’ensemble du processus d’un événement de collision vortex jusqu’à 100 fois plus vite que les techniques de simulation de pointe actuelles.

«Ce qui est vraiment intelligent dans l’approche de Purdue, c’est qu’elle utilise des informations sur la physique des flux pour décider de la meilleure tactique pour calculer la physique des flux», a déclaré le Dr Matthew Munson, directeur de programme pour la dynamique des fluides chez ARO. “Il y a un énorme potentiel pour que cela ait un impact réel sur la conception des plates-formes de véhicules et des systèmes d’armes qui permettront à nos soldats d’accomplir avec succès leurs missions.”

La dynamique des fluides de la turbulence des aéronefs est complexe et leur simulation précise dans l’ordinateur est presque impossible. Le professeur Carlo Scalo a fait un bond en avant dans ce processus, en modélisant la collision des tourbillons de deux manières: une fois avec la simulation numérique directe, et une fois avec la simulation à grands tourbillons. Ce modèle peut désormais être utilisé par les ingénieurs pour concevoir de meilleurs avions, sans avoir à attendre des mois pour les calculs du supercalculateur. Laboratoire d’écoulement compressible et d’acoustique de Carlo Scalo: https://engineering.purdue.edu/~scalo/ Génie mécanique: https://purdue.edu/ME

Le modèle peut être utilisé pour simuler des tourbillons sur n’importe quelle durée afin de mieux ressembler à ce qui se passe autour d’un avion. Par exemple, lorsqu’une pale de rotor se déplace dans l’air, elle génère un système complexe de tourbillons rencontrés lors du passage suivant de la pale. L’interaction entre la pale et les tourbillons peut entraîner des vibrations, du bruit et une dégradation des performances aérodynamiques. Comprendre ces interactions est la première étape pour modifier les conceptions afin de réduire leur impact sur les capacités du véhicule.

Dans cette étude, les chercheurs ont simulé les événements de collision de deux tubes vortex appelés vortex noués en trèfle. Cette interaction partage de nombreuses caractéristiques communes aux vortex souvent présents dans les applications de l’armée. La simulation de l’évolution de la collision nécessite une résolution extrêmement fine, augmentant considérablement le coût de calcul.

La méthodologie repose sur des techniques intelligentes qui concilient coût et précision. Il est capable de détecter rapidement des régions de l’écoulement caractérisées par de fines échelles de turbulence, puis de déterminer, à la volée, le schéma numérique et le modèle de turbulence appropriés à appliquer localement. Cela permet également d’appliquer la puissance de calcul uniquement là où cela est le plus nécessaire, ce qui permet d’obtenir une solution avec la plus grande fidélité possible pour une quantité budgétisée donnée de ressources de calcul.

“Lorsque les tourbillons se heurtent, il y a un affrontement qui crée beaucoup de turbulences”, a déclaré Carlo Scalo, professeur agrégé Purdue de génie mécanique avec un rendez-vous de courtoisie en aéronautique et astronautique. «Il est très difficile de simuler par ordinateur parce que vous avez un événement localisé intense qui se produit entre deux structures qui semblent assez innocentes et sans incident jusqu’à ce qu’elles se heurtent.

En utilisant le supercalculateur Brown de l’Université Purdue pour les calculs de taille moyenne et les installations du département de la Défense pour les calculs à grande échelle, l’équipe a simulé un événement de collision complet, simulant pleinement les milliers d’événements qui se produisent lorsque ces tourbillons se heurtent.

L’équipe travaille maintenant avec le ministère de la Défense pour appliquer le modèle à des cas de test à grande échelle relatifs aux véhicules de l’armée et aux systèmes d’armes.

“Si vous êtes capable de simuler avec précision les milliers d’événements en flux comme ceux provenant d’une pale d’hélicoptère, vous pouvez concevoir des systèmes beaucoup plus complexes”, a déclaré Scalo.

Le Rosen Center for Advanced Computing à Purdue et le US Air Force Research Laboratory Department of Defense Supercomputing Resource Center ont fourni un soutien supplémentaire pour cette recherche.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par US Army Research Laboratory. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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