På KTH så har professorn Johan Hoffman och hans forskarlag har tagit fram en ny metod för att beräkna luftströmmar kring bland annat flygplan. Enligt forskarna så sparar metoden pengar, ger minskad bränsleförbrukning och minskar därmed också koldioxidutsläppen.
Resultatet har redan fått vingar och presenterades på världskonferensen för flyg- och rymdforskning ”SciTech2014” i Maryland USA.
I sin forskning simulerar Hoffman turbulenta luftflöden kring flygplan genom att med kraftfulla datorer göra beräkningar på ett nytt sätt.
Hans forskning har resulterat i en metod där det turbulenta flödet kring flygplan kan analyseras på ett mer noggrant och samtidigt mer effektivt sätt. Metoden kan till exempel användas för simuleringar i samband med framtagning av nya flygplansmodeller där den aerodynamiska designen ska optimeras för bästa lyftkraft.
– Mer aerodynamiskt anpassade flygplan skapar mindre luftmotstånd. Det bidrar till att sänka bränsleförbrukning, minska koldioxidutsläppen och ger kostnadsbesparingar, säger Johan Hoffman, som är professor i numerisk analys.
Med hjälp av datorsimuleringar kan modeller av hela flygplan utformas och testas i datorn utan att de behöver byggas fysiskt förrän sent i processen. Det minskar antalet prototyper och sänker utvecklingskostnader. Förhoppningen är att det ska skynda på utvecklingen av nya effektiva flygplan med lägre koldioxidutsläpp.
Det är Nasa, tillsammans med den amerikanska flygplanstillverkaren Boeing, som har bett KTH-forskarna att berätta om metoden och sina resultat på konferensen. Nasa och Boeing har tidigare låtit KTH-forskarna testa sina simuleringsberäkningar mot detaljerade experimentella mätningar. Dessa tester har bekräftat att resultaten stämmer väl mot verkligheten.
Det speciella med metoden som forskargruppen har utvecklat är bland annat ett nytt och automatiskt sätt att placera ut de datapunkter som används för turbulensberäkningarna. Punkterna bildar ett nät som beskriver luften utanför flygplanet. Systemet lär sig successivt var det ska placera ut datapunkterna för att få fram de mest effektiva och noggranna beräkningarna.
Forskargruppen simulerar mer än turbulens kring flygplan. Redan 2010 uppmärksammande Nasa och Boeing deras metod när de simulerade turbulens kring landningsställ – det vill säga de hjulkonstruktioner under flygplanet som fälls in under färd.
Johan Hoffman ser att hans forskning kommer att kunna fortsätta utvecklas i takt med att datorerna blir allt kraftfullare.
– Idag kan vi analysera flödet kring en hel flygplanskropp, så småningom kommer vi att kunna simulera fullständiga lyft och landningar inklusive det buller som genereras från motorer och landningsställ. Vi kommer också att kunna studera i detalj hur ett flygplan påverkas av att vingar böjer sig och vibrerar under start och landning.
Det är just lyft och landningar som är de mest extrema situationerna för flygplanen och som därför särskilt intresserar forskarna.
Datorsimuleringarna kan användas till mer än flygplan och deras landningsställ. Luftmotstånd för bilar och andra fordon är ett exempel. Men simuleringsverktygen och beräkningsmetoderna löser generella matematiska ekvationer, så kallade differentialekvationer, och kan tillämpas även på helt andra områden som inom klimat och energiforskning för strömmande vatten och vågkraft till exempel.
