La simulazione efficiente del rumore generato da ali ed eliche promette di accelerare lo sviluppo di velivoli e turbine più silenziosi.

Un nuovo approccio alla simulazione ha consentito una prima pratica, e molto preciso, calcolo delle caratteristiche di rumore di progetti complessi di profili alari tridimensionali in condizioni operative estreme. Accorciando le simulazioni che avrebbero impiegato mesi o settimane per essere eseguite a pochi giorni o ore, il nuovo approccio potrebbe accelerare lo sviluppo di design di profili alari più silenziosi per consentire la prossima generazione di aeromobili e veicoli aerei urbani.

"Il rumore degli aerei è già un problema per molte comunità situate vicino ai principali aeroporti, e questo peggiorerà solo con l'uso esteso di droni e, nel futuro, aerotaxi e veicoli aerei privati, "dice Radouan Boukharfane, un postdoc presso KAUST.

profili alari:ali, le eliche e le pale delle turbine sono generalmente progettate e perfezionate utilizzando tecniche matematiche applicate relativamente veloci. Però, caratteristiche come la generazione di rumore sono più complesse. Questi in genere richiedono test che utilizzano modelli sperimentali perché le simulazioni numeriche dirette in grado di risolvere tali caratteristiche sono così intense dal punto di vista computazionale che, anche sui computer più veloci di oggi, impiegherebbero mesi per completarlo.

"Nei problemi di ingegneria realistici in aeroacustica, le interazioni tra il flusso d'aria turbolento e la superficie sono importanti, ", afferma Boukharfane. "Una delle nostre sfide principali era come modellare i flussi d'aria comprimibili attraverso la superficie in condizioni di elevata turbolenza con una precisione sufficiente per prevedere la separazione del flusso d'aria su una superficie uniformemente curva e il suo riattacco vicino al bordo d'uscita".

Invece di simulare direttamente l'intero campo di flusso ad alta risoluzione, Boucharfane, con i colleghi Matteo Parsani, e Julien Bodart, ha applicato una simulazione di grandi vortici modellata a parete (WMLES) per modellare i flussi vicino alla superficie ad alta risoluzione riducendo l'intensità computazionale complessiva modellando solo strutture di flusso più grandi più lontane dal profilo aerodinamico.

"L'approccio WMLES utilizzato in questo lavoro ci consente di riprodurre molte delle caratteristiche qualitative chiave del flusso d'aria osservate negli esperimenti, così come le caratteristiche relative al rumore come gli spettri di pressione della parete. È importante sottolineare che abbiamo anche dimostrato che il metodo è valido per flussi ad alta velocità e molto turbolenti, "dice Boucharfane.

L'algoritmo descritto nel documento è l'ultimo di una suite di strumenti sviluppati dal Laboratorio di Algoritmi Avanzati e Simulazioni Numeriche, e si basa su una collaborazione con l'Istituto superiore di aeronautica e spazio in Francia nell'ambito dell'impresa comune Clean Sky dell'Unione europea. Alcuni di questi strumenti sono attualmente utilizzati e testati dalla NASA, Airbus e il National Institute of Aerospace in Virginia.

"Il nostro team si trova in una posizione unica nel punto di intersezione dell'analisi numerica, fisica, e calcolo ad alte prestazioni per sviluppare algoritmi nuovi ed efficienti che tengano conto meglio dei fenomeni fisici e utilizzino in modo efficiente le moderne architetture di calcolo, "dice Parsani.