Simulazioni al supercomputer aiutano a scolpire progetti di nuovi aerei
L’aviazione è una parte fondamentale della società odierna. Le crescenti preoccupazioni per l’impatto ambientale dei voli fanno sì che l’industria stia lavorando per ottimizzare gli aeromobili in modo da renderli più silenziosi, leggeri e aerodinamici, riducendo il consumo di combustibile e le emissioni di carbonio. La progettazione di un aeromobile è un compito estremamente complesso, che richiede l’integrazione di conoscenze provenienti da diverse discipline, tra cui l’aerodinamica, la progettazione strutturale e l’acustica. Inoltre, lo studio di nuovi progetti richiede spesso l’uso di costose gallerie del vento e voli di prova. L’industria aeronautica europea ha una chiara esigenza di strumenti digitali che possano fungere da strutture di prova virtuali. Il progetto NextSim si è proposto di aumentare le attuali capacità di fluidodinamica computazionale (CFD), una componente critica della progettazione aeronautica. Questo obiettivo è stato raggiunto attraverso lo sviluppo e il rilascio del solutore numerico di flusso CODA (uno strumento per la simulazione del comportamento dei fluidi), che è stato adattato per funzionare in modo efficiente sulla prossima generazione di macchine di calcolo ad alte prestazioni (HPC) in Europa. «Riprogettando gli attuali strumenti di fluidodinamica computazionale e sfruttando piattaforme avanzate di calcolo parallelo, il progetto mirava a snellire il processo di progettazione, a ridurre i tempi di realizzazione e a migliorare l’efficienza dei mock-up virtuali», spiega Oriol Lehmkuhl, capogruppo di fluidodinamica computazionale su larga scala presso il Centro di supercalcolo di Barcellona nonché coordinatore del progetto NextSim. «Questi sforzi sono in linea con gli obiettivi dell’Unione europea per la sostenibilità dell’aviazione e la riduzione delle emissioni», afferma.
Simulazioni di nuova generazione
Il progetto è stato organizzato attorno a una serie di casi di prova di rilevanza industriale, che coprono l’aerodinamica degli aerei a lungo raggio in volo di crociera e in condizioni che richiedono un’elevata portanza (come il decollo e l’atterraggio), nonché il flusso di scarico dei motori a reazione. Questi casi di prova hanno guidato la pianificazione iniziale del progetto. Tutti gli strumenti e i prodotti del progetto sono stati testati in questi scenari per dimostrarne il potenziale. Le simulazioni sviluppate nel progetto includono l’analisi del flusso di scarico dei motori per ridurre i contaminanti e il rumore degli aerei, e il modello High-Lift Common Research, che rivela come l’aria fluisce sulle ali degli aerei in condizioni di atterraggio e decollo. Grazie a NextSim, ora è possibile calcolare questi aspetti più velocemente e con maggiore precisione.
Progressi fondamentali
Il progetto è stato condotto con il sostegno dell’impresa comune per il calcolo ad alte prestazioni europeo (impresa comune EuroHPC), un’iniziativa istituita per sviluppare un ecosistema di supercalcolo di livello mondiale in Europa. «I risultati ottenuti evidenziano il notevole impatto del progetto sull’industria aeronautica», aggiunge Lehmkuhl. «CODA si posiziona ora come risolutore di riferimento per le applicazioni aerodinamiche all’interno del gruppo Airbus, con implicazioni sostanziali per il mercato aeronautico», osserva. «Il progetto ha inoltre affrontato sfide rilevanti per il mercato definite da Airbus, dimostrando la possibilità di risolvere problemi complessi con elevata precisione ed efficienza computazionale.» Il progetto NextSim ha fatto passi da gigante anche nello sviluppo di algoritmi, nella gestione dei dati e nell’ottimizzazione per le piattaforme HPC avanzate. Le migliori pratiche e le linee guida sono state condivise con gli operatori del settore per promuovere lo scambio di conoscenze e l’adozione di soluzioni innovative. Oltre ai grandi progressi compiuti nelle simulazioni CFD, altri risultati di NextSim includono il miglioramento degli attuali strumenti di simulazione numerica per la progettazione aeronautica, l’espansione dell’uso dell’HPC nel ciclo di progettazione dei prodotti aeronautici, il miglioramento dell’efficienza del software CFD e il superamento delle carenze esistenti per ridurre significativamente i costi di certificazione entro il 2050 attraverso la progettazione e la simulazione virtuali. CODA entrerà in produzione grazie al lavoro degli ingegneri di Airbus, DLR e Onera alla fine del 2024.
Parole chiave
NextSim, impresa comune EuroHPC, simulazioni, aeromobili, progettazione, fluidodinamica computazionale, aeronautica, HPC, algoritmo
