HPC幫助工程師在大約兩小時內模擬飛機的起飛

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我們都知道飛機起飛可能非常嘈雜。這是因為飛機的發動機輸出和氣動阻力達到最大值。

在起飛過程中優化空氣動力學是控制航空航天業成本和保護環境目標的關鍵。

你可能不知道，但對於乙個航空公司來說，噴氣燃料是第二大支出，最大支出的是勞動力。由於燃料**無法**，我們可以預期，如果不進行成本削減干預，這筆費用將會增加。

如前所述，在起飛期間，發動機輸出和氣動阻力最高。所以在起飛期間噴氣燃料比在飛行期間的任何其他時間消耗更多的燃料。

實際上，在短程飛行中，飛機可以消耗預計用於旅行的總燃料的25％。例如，在歐洲，45％的航班被認為是短程航班——飛行距離不到500公里（311英里）。

因此，減少起飛時的阻力是我們最小化航空公司燃油消耗的最有效方法之一。為此，我們需要計算流體動力學（cfd）和高效能計算（hpc）工具，這些工具可以幫助設計飛機在起飛過程中消耗更少的燃料。

優化飛機起飛需要複雜的模擬

使用ansys fluent進行飛機起飛模擬。

在飛行的前10分鐘內，飛機的高度，配置和空氣動力學行為會發生很多變化。

例如，地面效應最初很大，但隨著飛機爬公升而褪色等。

此外，飛機離開跑道時板條，襟翼和起落架延伸。但是，當飛機具有正爬公升率時，齒輪會縮回，這可以顯著降低了阻力和噪音。

如果我們要在模擬中捕捉所有這些複雜性，我們將需要模擬許多cfd現象，包括：邊界層過渡、流動分離、流動再附著、喚醒邊界層相互作用等。這種複雜性意味著我們使用的cfd**工具需要強大的hpc資源和並行處理功能，以及時提供準確的結果。

如何在幾個小時內模擬飛機起飛

正確模擬飛機起飛空氣動力學需要乙個擁有數千萬甚至數億個細胞網格。

工程師們做好了準備工作，因為模擬飛機起飛的網格很大，涉及大量的計算能力。因此利用hpc資源，可以成功使用ansys fluent在大約兩個小時內模擬飛機起飛。在這種情況下，我們需要在大約2,000個cpu核心上使用大約1.89億個單元，以在幾個小時內能夠分析計算。

這也正是為什麼ansys推薦這些配置，因為它們是在美國航空航天研究所（aiaa）高公升力**研討會（hiliftpw）開發的評估中進行測試的。評估包括三個測試案例，兩個高公升力配置和四個網格改進。

然後使用從日本宇宙航空研究開發機構（jaxa）低速風洞收集的實驗資料驗證結果。模擬中的氣動力、力矩、壓力係數和表面油流紋理與風洞資料中的相似。

事實證明，超算資源能夠很好的幫助工程師快速有效地獲取結果。