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Una simulación de altas prestaciones para diseñar mejores aeronaves

La simulación numérica de flujos se ha convertido, dentro de la industria aeronáutica, en un elemento clave del proceso de diseño aerodinámico. Sin embargo, para poder alcanzar las ambiciosas metas planteadas para el tráfico aéreo de las próximas décadas se necesitan inversiones importantes en la mejora de las simulaciones numéricas, en diversos aspectos de sus prestaciones y herramientas.
Una simulación de altas prestaciones para diseñar mejores aeronaves
La mayoría de las herramientas de simulación aerodinámica usadas en la industria aeronáutica para aplicaciones habituales se basan principalmente en los métodos de volúmenes finitos. Estando limitadas en la mayoría de los casos a una discretización de segundo orden de las ecuaciones subyacentes que rigen los procesos, las aplicaciones a los casos reales requieren decenas o centenares de millones de puntos de malla para poder alcanzar soluciones suficientemente exactas y examinar en profundidad la compleja fenomenología de los flujos. En los últimos años se ha invertido a nivel mundial un esfuerzo sostenido y creciente para desarrollar métodos de orden superior en dinámica de fluidos computacional (CFD). Comparados a sus homólogos de orden inferior, los métodos de orden superior ofrecen amplias posibilidades, bien de aumentar la exactitud de las predicciones con relación al error de discretización para unos costes dados, bien de reducir significativamente los gastos de computación para una exactitud especificada. No obstante, debido a la elevada complejidad que les caracteriza, los métodos de simulación de orden superior requieren inversiones importantes para poder alcanzar una madurez a nivel industrial.

El objetivo básico del proyecto «Industrialisation of high-order methods – a top-down approach» (http://www.idihom.de/ IDIHOM)), financiado por la UE, ha sido potenciar y hacer avanzar los métodos de simulación de orden superior adaptativos dirigidos a aplicaciones a gran escala en el análisis y diseño de aeronaves. El proyecto ha seguido un enfoque vertical «de arriba abajo» por el que los desarrollos y mejoras específicas destinadas al marco completo de simulación de orden superior, incluida la generación de mallas, la eficiencia de la herramienta de cálculo de flujos y la visualización de flujos, los ha determinado un conjunto de casos de ensayo subyacentes de singular dificultad.

El conjunto de casos de ensayo ha contemplado flujos aerodinámicos turbulentos estacionarios y transitorios, que cubren los fenómenos aerodinámicos externos e internos así como aplicaciones aeroelásticas y aeroacústicas. Los casos de aplicación más dificultosos planteados por la industria han constituido la base de demostración y evaluación del estado actual de los métodos de orden superior en su calidad de base de trabajo para aplicaciones industriales.

Al proyecto IDIHOM se le ha asignado la misión de acortar distancias entre las expectativas actuales sobre las prestaciones de los métodos de orden superior y las intensas demandas para su uso en aplicaciones industriales de la vida real, donde se está a la búsqueda de mejores procesos de diseño, que sean más exactos y permitan ahorrar tiempo.

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Palabras clave

Diseño de aeronaves, métodos numéricos, métodos de orden superior, dinámica de fluidos computacional
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