Aerodinâmica e a arte do design de aeronaves

Habilitados pela computação de alto desempenho, os avanços na simulação de fluxo estão ajudando a Airbus a melhorar a eficiência das aeronaves

A descarbonização de uma viação depende de uma mistura de etapas incrementais e avanços tecnológicos absolutos. Para ter sucesso, ambas as abordagens precisam existir dentro de um ecossistema colaborativo. Com esse espírito, Airbus, DLR e ONERA, duas instituições de pesquisa europeias líderes, estão explorando como a computação de alto desempenho pode melhorar nossa compreensão da relação entre aerodinâmica e eficiência de aeronaves.

A dinâmica de fluidos computacional (CFD) combina matemática aplicada, física e computação de alto desempenho. Ele é usado para entender como o ar se move sobre formas complexas, ajudando os projetistas a maximizar a sustentação e minimizar o arrasto para tornar uma aeronave o mais eficiente possível em baixas e altas velocidades. 

“Eu sempre digo que o CFD é onde a ciência encontra a arte. É uma coisa linda, uma espécie de túnel de vento computadorizado”, sorri o chefe de aerodinâmica da Airbus, Simon Galpin. Galpin supervisiona uma parceria de cinco anos  com o laboratório aeroespacial francês ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales) e o Centro Aeroespacial Alemão DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) em nome da Airbus.

 

“Especialistas ao nosso alcance”

DLR e ONERA são aliados da Airbus há décadas. Historicamente, cada um trabalhou em códigos de computador separados, os alicerces sobre os quais o CFD é construído. Embora os códigos fossem eficazes por si só, a comunicação entre as diferentes equipes de desenvolvimento era limitada. 

Gradualmente, ficou claro que os códigos exigiam uma reengenharia coletiva para plataformas de computação paralela de escala extrema. A parceria aborda esse déficit. “Fez sentido unir nossos esforços”, diz Galpin. “Estamos desenvolvendo um código CFD de nova geração que está ‘pronto para a indústria’ para previsão de fluxo e igualmente aplicável a aeronaves, helicópteros e sistemas espaciais.” 

A assinatura do acordo em 2017 foi uma grande novidade em uma área que demanda muito tempo, recursos e investimentos. “De um dia para o outro a força de trabalho dobrou!” lembra o Diretor de Aeronáutica da ONERA, Philippe Baumier. “Tínhamos uma equipe de especialistas em ambos os lados do Reno ao nosso alcance.” 

Os parceiros renovaram seu compromisso no final de 2022, com o objetivo de estender o código a projetos atuais e futuros da Airbus, como ZEROe , EcoPulse  e pesquisa Open Fan  . Na verdade, ele já está sendo usado para amadurecer casos de teste antes considerados inviáveis ​​devido à representação física e capacidade computacional limitadas. Em breve, esses casos poderão influenciar a propulsão, a integração do motor e as escolhas de tecnologia de asa que determinarão os planos para uma nova geração de aeronaves com baixo consumo de combustível.  

“Queremos melhorar a previsibilidade do desempenho desde a fase de projeto”, diz o Dr. Markus Fischer da DLR, membro do Conselho da Divisão de Aeronáutica. “O novo código também pode ajudar os especialistas a investigar conceitos de design ainda mais radicais, como a asa voadora, com um grau de velocidade e precisão que não estava ao alcance do software anterior.”

Eu sempre digo que o CFD é onde a ciência encontra a arte. É uma coisa linda, uma espécie de túnel de vento computadorizado.” Simon Galpin , chefe de aerodinâmica da Airbus

Cada grama de energia conta

Fischer argumenta que, sem a digitalização irrestrita para acelerar o ritmo da inovação, não é possível garantir a dissociação do crescimento do tráfego aéreo das emissões. A DLR compartilha a visão final da Airbus e da ONERA de uma aviação aeroespacial limpa, que, segundo ele, exigirá uma abordagem disruptiva. “A descarbonização exige uma revolução dupla”, concorda Baumier, “uma tecnológica e outra metodológica. Os ciclos de desenvolvimento de aeronaves precisam ser reduzidos pela metade para realizar essas ambições. É aqui que a simulação numérica madura desempenha um papel importante.” 

Como o CFD contribui para essa visão de aeroespaço limpo? Galpin responde apontando que os substitutos do querosene provavelmente serão mais caros. “É melhor extrair cada grama de energia de cada quilo de combustível alternativo, usando a arquitetura de aeronave mais eficiente. O uso de CFD avançado nos ajuda a eliminar o arrasto pouco a pouco.”

Atrair futuros engenheiros

A Airbus tem acesso a alguns dos sistemas computacionais de escala extrema de maior desempenho do mundo para ajudar a desenvolver e validar o código, ajudando a aumentar a confiança dos engenheiros em suas previsões. É um exercício inspirador e gratificante, insiste Baumier, com uma aplicação no mundo real: “Apoiar diretamente os objetivos de sustentabilidade da indústria aeronáutica”. 

A palavra final vai para Pascal Larrieu, Especialista em Simulação Computacional da Airbus e líder da empresa no desenvolvimento do novo solucionador de fluxo: “Este projeto abre portas para uma rede de pesquisa diversa, dinâmica e em toda a Europa. Estamos convencidos de que nosso trabalho ajudará a atrair futuros engenheiros aeronáuticos para se juntarem a nós no cumprimento de nossa ambição de descarbonização juntos”.

Fonte e foto: Airbus

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