KTH-forskning kan ge flygplan ökad lyftkraft

I förra veckan presenterade professor Johan Hoffman forskningsresultaten där turbulenta luftflöden kring flygplan har beräknats på ett nytt sätt. Det skedde på världskonferensen för flyg- och rymdforskning ”SciTech2014” i Maryland, USA.

Forskningen 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 och de nya forskningsresultaten har intresserat både Nasa och Boeing.

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.

Ju fler datapunkter som används i en beräkning desto noggrannare resultat. Samtidigt ökar kostnaden i takt med antalet punkter. Det har tidigare inneburit att vid beräkningar av turbulent luftflöde har forskare behövt göra förenklingar och uppskattningar, vilket har minskat noggrannheten i simuleringarna.

– Idag kan vi analysera flödet kring en hel flygplanskropp, så småningom kommer vi att kunna simulera fullständiga start 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 start och landningar som är de mest extrema situationerna för flygplanen och som därför särskilt intresserar forskare.