HPC帮助工程师在大约两小时内模拟飞机的起飞

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我们都知道飞机起飞可能非常嘈杂。这是因为飞机的发动机输出和气动阻力达到最大值。
在起飞过程中优化空气动力学是控制航空航天业成本和保护环境目标的关键。
你可能不知道，但对于一个航空公司来说，喷气燃料是第二大支出，最大支出的是劳动力。由于燃料价格无法预测，我们可以预期，如果不进行成本削减干预，这笔费用将会增加。

如前所述，在起飞期间，发动机输出和气动阻力最高。所以在起飞期间喷气燃料比在飞行期间的任何其他时间消耗更多的燃料。
实际上，在短程飞行中，飞机可以消耗预计用于旅行的总燃料的25％。例如，在欧洲，45％的航班被认为是短程航班——飞行距离不到500公里（311英里）。
因此，减少起飞时的阻力是我们最小化航空公司燃油消耗的最有效方法之一。为此，我们需要计算流体动力学（CFD）和高性能计算（HPC）工具，这些工具可以帮助设计飞机在起飞过程中消耗更少的燃料。

优化飞机起飞需要复杂的模拟

使用ANSYS Fluent进行飞机起飞模拟。
在飞行的前10分钟内，飞机的高度，配置和空气动力学行为会发生很多变化。
例如，地面效应最初很大，但随着飞机爬升而褪色等。
此外，飞机离开跑道时板条，襟翼和起落架延伸。但是，当飞机具有正爬升率时，齿轮会缩回，这可以显着降低了阻力和噪音。

如果我们要在模拟中捕捉所有这些复杂性，我们将需要模拟许多CFD现象，包括：边界层过渡、流动分离、流动再附着、唤醒边界层相互作用等。这种复杂性意味着我们使用的CFD仿真工具需要强大的HPC资源和并行处理功能，以及时提供准确的结果。

如何在几个小时内模拟飞机起飞

正确模拟飞机起飞空气动力学需要一个拥有数千万甚至数亿个细胞网格。
工程师们做好了准备工作，因为模拟飞机起飞的网格很大，涉及大量的计算能力。因此利用HPC资源，可以成功使用ANSYS Fluent在大约两个小时内模拟飞机起飞。在这种情况下，我们需要在大约2,000个CPU核心上使用大约1.89亿个单元，以在几个小时内能够分析计算。

这也正是为什么ANSYS推荐这些配置，因为它们是在美国航空航天研究所（AIAA）高升力预测研讨会（HiLiftPW）开发的评估中进行测试的。评估包括三个测试案例，两个高升力配置和四个网格改进。
然后使用从日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）低速风洞收集的实验数据验证结果。模拟中的气动力、力矩、压力系数和表面油流纹理与风洞数据中的相似。
事实证明，超算资源能够很好的帮助工程师快速有效地获取结果。