Het efficiënt simuleren van het geluid van vleugels en propellers belooft de ontwikkeling van stillere vliegtuigen en turbines te versnellen.

Een nieuwe simulatieaanpak heeft een eerste praktische, en zeer nauwkeurig, berekening van de geluidskarakteristieken van complexe driedimensionale vleugelontwerpen onder extreme bedrijfsomstandigheden. Door simulaties die maanden of weken zouden hebben geduurd te verkorten tot slechts dagen of uren, de nieuwe aanpak zou de ontwikkeling van stillere vleugelontwerpen kunnen versnellen om de volgende generatie vliegtuigen en stedelijke luchtvaartuigen mogelijk te maken.

"Vliegtuiglawaai is al een probleem voor veel gemeenschappen in de buurt van grote luchthavens, en dit zal alleen maar erger worden met het uitgebreide gebruik van drones en, in de toekomst, luchttaxi's en particuliere voertuigen in de lucht, " zegt Radouan Boukharfane, een postdoc bij KAUST.

Airfoils-vleugels, propellers en turbinebladen - worden meestal ontworpen en verfijnd met behulp van relatief snel toegepaste wiskundige technieken. Echter, kenmerken zoals ruisopwekking zijn complexer. Deze vereisen doorgaans tests met behulp van experimentele modellen, omdat de directe numerieke simulaties die in staat zijn om dergelijke functies op te lossen, zo rekenintensief zijn dat, zelfs op de snelste computers van vandaag, ze zouden maanden in beslag nemen.

"Bij realistische technische problemen in aero-akoestiek, de interacties tussen de turbulente luchtstroom en het oppervlak zijn belangrijk, ", zegt Boukharfane. "Een van onze belangrijkste uitdagingen was het modelleren van samendrukbare luchtstromen over het oppervlak onder hoge turbulentie met voldoende nauwkeurigheid om de scheiding van de luchtstroom over een soepel gebogen oppervlak en de herbevestiging ervan nabij de achterrand te voorspellen."

In plaats van direct het gehele stroomveld met hoge resolutie te simuleren, Boucharfane, met collega's Matteo Parsani, en Julien Bodart, een wandgemodelleerde large-eddy-simulatie (WMLES) toegepast om de stromingen nabij het oppervlak met hoge resolutie te modelleren, terwijl de algehele rekenintensiteit wordt verminderd door alleen grotere stromingsstructuren verder van het draagvlak te modelleren.

"De WMLES-aanpak die in dit werk wordt gebruikt, stelt ons in staat om veel van de belangrijkste kwalitatieve kenmerken van de luchtstroom die in experimenten wordt gezien, te reproduceren, evenals geluidsgerelateerde kenmerken zoals de wanddrukspectra. belangrijk, we hebben ook aangetoond dat de methode geldig is voor hoge snelheid en zeer turbulente stroming, ' zegt Boucharfane.

Het algoritme dat in het artikel wordt beschreven, is het nieuwste in een reeks tools die zijn ontwikkeld door het Advanced Algorithms and Numerical Simulations Laboratory, en bouwt voort op een samenwerking met het Hoger Instituut voor Lucht- en Ruimtevaart in Frankrijk in het kader van de gemeenschappelijke onderneming Clean Sky van de Europese Unie. Sommige van deze tools worden momenteel gebruikt en getest door NASA, Airbus en het National Institute of Aerospace in Virginia.

"Ons team is uniek geplaatst op het snijvlak van numerieke analyse, natuurkunde, en high-performance computing om nieuwe en efficiënte algoritmen te ontwikkelen die beter rekening houden met fysieke verschijnselen en efficiënt gebruik maken van moderne computerarchitecturen, ' zegt Parsani.