Supercalculateur refonte de l’avion rétroviseurs d’aile de l’oiseau de l’anatomie

0
114

Samuel Taylor/Alamy

Classique ailes de l’avion sont pris en charge par les barres droites et les jambes, mais un superordinateur a suggéré une plus design organique.

Les ingénieurs ont utilisé une technique de calcul intensif qui imite la sélection naturelle à la conception de la structure interne de l’aile de l’avion à partir de zéro. Le résultant plan n’est pas seulement plus léger que les ailes, il ressemble aussi à des formations naturelles, comme l’aile d’oiseau os, qui ne sont pas présents dans le courant de l’avion. L’organiques produit est aussi raide comme un classique aile de l’avion, mais plus léger, qui pourraient sauver 200 tonnes de carburant par an et par avion.

“C’est vraiment une bonne illustration de la façon d’employer le calcul basée sur des méthodes d’optimisation à extrêmement haute résolution”, explique Matthieu Santer, un ingénieur en aérospatiale à l’Imperial College de Londres. La méthode pourrait nourrir dans le processus de conception, bien qu’il existe un certain nombre d’obstacles à une utilisation dans les applications aérospatiales dans sa forme actuelle, ajoute-t-il.

Les ingénieurs de l’utilisation de ces types de techniques d’optimisation pour environ 20 ans, mais seulement pour les petits problèmes d’échelle, telles que l’aile de composants, ou bien des structures plus simples, dit Aage Niels, un ingénieur de l’Université Technique du Danemark, près de Copenhague, qui a dirigé le travail1. Aage et ses collègues ont utilisé le supercalculateur Curie de Bruyères-le-Châtel près de Paris pour augmenter la résolution, leur permettant de modéliser l’ensemble de 27 mètres de long de l’aile d’un Boeing 777.

L’équipe a commencé avec une aile contour déjà optimisé pour un maximum de portance et de traînée minimum, connu comme un profil d’aile, et de le diviser en de 1,1 milliard de pixels 3D ou ” voxels’. Chacun est d’environ la taille de la plus petite brique Lego — une résolution d’environ 200 fois plus grand que les précédents. L’algorithme commence par la simulation de la force exercée sur chaque bloc et la distribution de documents en réponse à l’endroit où l’aile connu une charge. Sans l’accompagnement humain, le programme a ensuite répété l’analyse de plusieurs centaines de fois, l’ajout ou le retrait de matériel en fonction de la contrainte ressentie par chaque brique, jusqu’à atteindre une finale de conception optimale. “La structure évolue à travers chaque cycle de conception”, explique Aage. “Le processus a de nombreuses similitudes à la nature propre de l’évolution.”

Organique de vol

Contrairement aux classiques des ailes, la structure résultante ne contient pas l’habitude poutres droites de l’exécution de la longueur des ailes, entrecoupée par la traversée prend en charge. Au lieu de cela, le design a l’air organiques, dit Aage. Courbe prend en charge en éventail au bord de fuite de l’aile, ressemblant à de l’os chez les oiseaux des ailes, et l’imbrication des structures d’appui à la pointe de ressembler à la structure interne d’un bec.

Sans compromettre la rigidité (résistance à la déformation), la conception pèse de 2 à 5% de moins que les structures des ailes. Cela se traduit par de 200 à 500 kilogrammes par aile, pourrait sauver chaque avion entre 40 et 200 tonnes de combustible par an, disent les auteurs. La technique peut également être appliquée à d’autres industries, dit Aage, par exemple, pour la conception d’immeubles de grande hauteur dans le tremblement de terre sujettes à des zones de maintenir leur rigidité peut encore résister à la dynamique d’un tremblement de terre. Il pourrait être utilisé pour optimiser l’acoustique, les systèmes de ventilation et des antennes, ainsi, ajoute-t-il.

La technique de haute résolution, ce qui permet à l’ordinateur pour la conception des structures qui comprennent des caractéristiques qui varient en taille de millimètres jusqu’à plusieurs dizaines de mètres, ce qui pourrait conduire à plus de designs novateurs dans ces autres disciplines, dit Liang Xia, un calcul d’ingénieur à l’Université Huazhong des Sciences et de la Technologie à Wuhan, en Chine. Mais il souligne que l’exécution de l’algorithme nécessite un lourd informatique fardeau — l’équivalent de l’exécution d’un seul ordinateur standard pour les 100 ans. Ce calcul de coût pourrait être réduit, cependant, si l’équipe a été d’employer plus avancée, les méthodes de simulation, utilisé en intelligence artificielle, qui, en effet, le modèle seulement les pièces de l’aile en haute résolution.

Le design est également trop complexe pour être fait par les méthodes de fabrication, et aurait besoin d’un géant de l’imprimante 3D pour construire. Mais pour l’instant, les principaux aspects de il pourrait être injectée dans les structures produites à l’aide de méthodes conventionnelles, dit Aage. “Nous allons accélérer l’évolution rapide, ce qui signifie que nous pouvons voir comment la conception doit être, et puis d’en extraire les principales caractéristiques — ou ceux que l’on peut se permettre.”

Nom du Journal:
La Nature
DOI:
doi:10.1038/nature.2017.22759

Références

  1. Aage, N., Andreassen, E., Lazarov, B. S. & Sigmund, O. de la Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature23911 (2017).