Os pesquisadores do KAUST estão usando simulações para entender melhor como os veículos aerotransportados geram ruído com o objetivo de reduzi-lo. Crédito:KAUST
Simular com eficiência o ruído gerado pelas asas e hélices promete acelerar o desenvolvimento de aeronaves e turbinas mais silenciosas.
Uma nova abordagem de simulação permitiu uma primeira prática, e altamente preciso, cálculo das características de ruído de projetos complexos de aerofólios tridimensionais sob condições operacionais extremas. Reduzindo as simulações que levariam meses ou semanas para serem executadas para apenas dias ou horas, a nova abordagem pode acelerar o desenvolvimento de designs de aerofólios mais silenciosos para permitir a próxima geração de aeronaves e veículos aerotransportados urbanos.
“O ruído das aeronaves já é um problema para muitas comunidades localizadas perto dos principais aeroportos, e isso só vai piorar com o uso expandido de drones e, no futuro, táxis aéreos e veículos aéreos particulares, "diz Radouan Boukharfane, um pós-doutorado na KAUST.
Aerofólios - asas, hélices e lâminas de turbina - normalmente são projetadas e refinadas usando técnicas matemáticas de aplicação relativamente rápida. Contudo, características como a geração de ruído são mais complexas. Isso normalmente requer testes usando modelos experimentais porque as simulações numéricas diretas capazes de resolver tais recursos são tão intensas em computação que, mesmo nos computadores mais rápidos de hoje, eles levariam meses para serem concluídos.
"Em problemas de engenharia realistas em aeroacústica, as interações entre o fluxo de ar turbulento e a superfície são importantes, "diz Boukharfane." Um dos nossos principais desafios era como modelar fluxos de ar compressíveis em toda a superfície sob alta turbulência com precisão suficiente para prever a separação do fluxo de ar sobre uma superfície suavemente curva e sua reconexão perto da borda de fuga. "
Em vez de simular diretamente todo o campo de fluxo em alta resolução, Boukharfane, com colegas Matteo Parsani, e Julien Bodart, aplicou uma simulação de grande redemoinho modelada por parede (WMLES) para modelar os fluxos próximos à superfície em alta resolução, enquanto reduzia a intensidade computacional geral modelando apenas estruturas de fluxo maiores mais distantes do aerofólio.
"A abordagem WMLES usada neste trabalho nos permite reproduzir muitas das principais características qualitativas do fluxo de ar visto em experimentos, bem como características relacionadas ao ruído, como o espectro de pressão da parede. Mais importante, também mostramos que o método é válido para alta velocidade e fluxo altamente turbulento, "diz Boukharfane.
Os pesquisadores estão modelando fluxos de ar compressíveis em superfícies sob alta turbulência para revelar as ondas de pressão que ouvimos como som. Crédito:KAUST
O algoritmo descrito no artigo é o mais recente em um conjunto de ferramentas desenvolvidas pelo Laboratório de Algoritmos Avançados e Simulações Numéricas, e baseia-se em uma colaboração com o Instituto Superior de Aeronáutica e Espaço da França no âmbito da Empresa Comum Clean Sky da União Europeia. Algumas dessas ferramentas estão sendo usadas e testadas pela NASA, Airbus e o National Institute of Aerospace na Virgínia.
"Nossa equipe está posicionada de maneira única na interseção da análise numérica, física, e computação de alto desempenho para desenvolver algoritmos novos e eficientes que melhor explicam fenômenos físicos e utilizam arquiteturas de computação modernas de forma eficiente, "diz Parsani.
