Forskarmiljoner till modellering av turbulens

Vinnova satsar 7,5 miljoner under tre år för att få fram kraftfulla modeller för simulering av turbulens kring flygplan. LiU-forskare har en central roll för att förfina beräkningsmetoderna.

Turbulens

Simulering är ett allt vanligare hjälpmedel vid utveckling av avancerade produkter som bilar, lastbilar och även flygplan. Att modellera i datorn är betydligt effektivare och billigare än att bygga prototyper som sedan ska testas i vindtunnel eller i verkliga flygprov.

Ambitionen i flygindustrin är därför att göra allt fler tester i datorn och med dagens allt större beräkningskapacitet är det också möjligt. Att på ett tidigt stadium kunna beräkna flygegenskaper, motorprestanda, vibrationer och buller ger både tekniska och ekonomiska fördelar. Självklart krävs fungerande simuleringsverktyg och väl utformade matematiska modeller. Hittills har det gått att få fram tillförlitliga resultat vid vanlig, så kallad stationär strömning. Men alla som någon gång suttit i ett flygplan vet att det också förekommer turbulens, luftströmmar som snurrar och vrider och där det inte går att förutse vare sig styrkan eller riktningen.

Effektivare modeller behövs

Vinnova har beslutat satsa 7,5 miljoner kronor under tre år på att få fram effektiva beräkningsmodeller för turbulenta strömmar. Mottagare av medlen är SAAB, som också bidrar till forskningen som ska bedrivas vid LiU, FOI, Chalmers och KTH i nära samarbete med SAAB och företaget Creo Dynamics, ett innovations- och konsultbolag i Linköping, specialiserade på akustik, aeroakustik och aerodynamik.

Två doktorander och sju seniora forskare kommer att delta, en industridoktorand på Chalmers och en doktorand hos Jan Nordström, professor i beräkningsmatematik, matematiska institutionen på LiU.

– Det finns metoder i dag med vars hjälp vi kan beräkna turbulens, men det krävs stor beräkningskraft och de fungerar inte för höga infallsvinklar, som när ett flygplan startar eller landar. Men om fyra år, när projektet är avslutat, ska det vara möjligt att räkna ut strömningsfall även för mycket höga anfallsvinklar, säger Jan Nordström.

Högre ordningens metoder

Det Jan Nordström och en nyanställd doktorand ska göra är att förfina de beräkningsmodeller som används i dag. Istället för att göra beräkningarna i ett stort antal punkter, ska man kunna räkna mer noggrant i ett mindre antal punkter med användning av högre ordningens metoder.
Jan Nordström
– Det handlar om att lösa avancerade ekvationssystem på ett effektivt sätt och vi tror att vi kan göra det även för högre ordningens metoder, något som vi är bra på här, säger Jan Nordström.

1,8 av de 7,5 miljonerna kommer, om projektet går som det ska, att hamna på LiU. Koordinator och klusterledare är Per Weinerfelt, Saab Aeronautics, som också är adjungerad professor i beräkningsvetenskap på LiU.

Generella resultat

Forskningen i projektet kommer att bedrivas inom tre områden: modeller för att simulera turbulens (Chalmers och FOI), förbättrade och mer exakta numeriska metoder (LiU, FOI och Saab) samt aeroakustik, förbättrade möjligheter att simulera buller och vibrationer (Creo Dynamics och KTH).

– Chalmers och Saab ska med hjälp av en industridoktorand utveckla en simuleringsmodell och den ska sedan användas av vår förfinade beräkningsmodell. Samma teknik kan sedan användas för att räkna på ljud och buller, något som Creo Dynamics är intresserade av, säger Jan Nordström.

Forskningen ska i förlängningen stärka svensk flygindustris konkurrenskraft, men modellerna är så pass generella att de likaväl kan användas inom fordonsindustrin liksom för utveckling av vindkraft eller vattenkraft.

Bild: Center for Turbulence Research, Stanford University.

Kontakt

Relaterad forskning