Суперкомпьютер поможет понять принципы возникновения турбулентности и повысить безопасность полетов

Исследовательская группа из Университета Нагоя с помощью самого быстрого в Японии суперкомпьютера точно смоделировала турбулентность воздуха, возникающую в ясные дни в окрестностях Токио.

Затем ученые сравнили полученные результаты с данными полетов, чтобы создать более точную прогностическую модель. Результаты исследования опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Хотя турбулентность воздуха обычно ассоциируется с плохой погодой, салон самолета может сильно трястись даже в солнечный и безоблачный день. Эти турбулентные движения воздуха, называемые турбулентностью в прозрачном воздухе (CAT), могут происходить в отсутствие видимых облаков или других атмосферных возмущений. Хотя точные механизмы, вызывающие CAT, до конца не изучены, считается, что в основном они обусловлены сдвигом ветра и неустойчивостью атмосферы.

CAT представляет собой высокий риск для безопасности полетов. Внезапная турбулентность в спокойный день может привести к травмам пассажиров и членов экипажа, повреждениям воздушных судов и сбоям в выполнении полетов. Пилоты полагаются на сообщения других самолетов, метеорологические радары и атмосферные модели, чтобы предвидеть и избегать зон возможной турбулентности. Однако, поскольку CAT не имеет видимых признаков, таких как облака или шторм, ее особенно сложно обнаружить и спрогнозировать.

При закручивании и циркуляции ветра, вызывающих резкие изменения воздушного потока, возникают вихри, которые могут сотрясать самолет. Поэтому для лучшего понимания CAT ученые моделируют ее с помощью крупномасштабного вихревого моделирования (LES) — метода вычислительной гидродинамики, используемого для моделирования турбулентных потоков. Однако, несмотря на важность метода для исследования воздушной турбулентности, одной из главных проблем LES является стоимость вычислений. Моделирование сложных взаимодействий в LES требует больших вычислительных мощностей.

Для детального моделирования процесса возникновения турбулентности с помощью LES высокого разрешения исследовательская группа из Университета Нагои обратилась к экзафлопсному компьютеру Fugaku supercomputer. Это высокопроизводительная вычислительная система, которая в настоящее время является вторым по быстродействию суперкомпьютером в мире.

Используя огромную вычислительную мощность Fugaku, доктор Рёичи Йошимура из Университета Нагоя в сотрудничестве с доктором Дзюнши Ито и другими специалистами из Университета Тохоку провели моделирование с ультравысоким разрешением воздушного потока над токийским аэропортом Ханеда в зимний период, вызванного низким давлением и расположенным рядом горным массивом.

Они обнаружили, что возмущение скорости ветра вызвано разрушением волны неустойчивости Кельвина-Гельмгольца — особого типа неустойчивости, возникающей на границе раздела двух слоев воздуха с разными скоростями. Поскольку скорость одного слоя выше, чем у другого, он создает волнообразный эффект, увлекая за собой слой с меньшей скоростью. Когда атмосферные волны растут с запада и схлопываются на востоке, это явление приводит к образованию нескольких мелких вихрей, создающих турбулентность.

После проведения расчетов группе необходимо было подтвердить соответствие смоделированных вихрей реальным данным.

В окрестностях Токио имеется много данных наблюдений, позволяющих подтвердить наши результаты, — говорит Йошимура.

Над аэропортами летает много самолетов, что приводит к многочисленным сообщениям о турбулентности и интенсивности тряски.

Также использовались наблюдения за атмосферой с помощью воздушного шара вблизи Токио. Данные о тряске, зарегистрированные в это время, были использованы для подтверждения правильности расчетов».

Результаты этого исследования должны привести к более глубокому пониманию принципа и механизма возникновения турбулентности путем моделирования с высоким разрешением и позволить нам более детально исследовать влияние турбулентности на самолеты, — сказал Йошимура.

Поскольку было показано, что значительная турбулентность возникает в ограниченной трехмерной области, прокладка маршрута без полета в этой области возможна путем корректировки уровней полета, если заранее известно о наличии активной турбулентности. LES обеспечит разумный способ полета, предоставляя более точные прогнозы турбулентности и предсказания в реальном времени.

12.07.2023


Подписаться в Telegram



Транспорт

Рынок воздушных такси почти готов к взлету
Рынок воздушных такси почти готов к взлету

Такие компании как Boeing, Hyundai, Airbu...

Стэнли: робот, который выиграл грандиозный турнир DAPRA
Стэнли: робот, который выиграл грандиозный турнир DAPRA

Программа Grand Challenge была запущена Агентс...

В России собрали беспилотный самосвал с космическим экстерьером
В России собрали беспилотный самосвал с космическим экстерьером

Конструкторы Научно-технического центра ПАО&nb...

Предсерийный прототип беспилотного SMART шаттла представят летом 2022 года
Предсерийный прототип беспилотного SMART шаттла представят летом 2022 года

Инженеры Московского политехнического универси...

Как будет выглядеть транспорт будущего?
Как будет выглядеть транспорт будущего?

150 лет назад был построен первый дв...

Дроны не всегда экологичнее большегрузов
Дроны не всегда экологичнее большегрузов

Доставка посылок дронами лишь в определен...

Дышать в трубочку - вчерашний день
Дышать в трубочку - вчерашний день

Ученые из Калифорнийского университета в&...

Если скорость не отличается, зачем платить больше?
Если скорость не отличается, зачем платить больше?

Легковесный велосипед стоимостью 1000 фунтов н...

Железные дороги станут пластиковыми
Железные дороги станут пластиковыми

Неумолимо устаревающих деревянных сородичей за...

Выяснилось, как получить за автомобиль до 95% стоимости
Выяснилось, как получить за автомобиль до 95% стоимости

У любого человека в жизни возникает ситуа...

Механизмы для грузоподъемной техники обладают особой спецификой
Механизмы для грузоподъемной техники обладают особой спецификой

Производство грузовых барабанов для грузо...

Сколково будет разрабатывать беспилотники для КАМАЗа
Сколково будет разрабатывать беспилотники для КАМАЗа

Фонд Сколково и ОАО КАМАЗ заключили ...

Приборы «Швабе» на российском туре «Авиадартс – 2015»
Приборы «Швабе» на российском туре «Авиадартс – 2015»

Холдинг Швабе», входящий в Госкорпо...

В гамбургском порту прокладывают первую в Европе «умную» дорогу
В гамбургском порту прокладывают первую в Европе «умную» дорогу

Продолжая воплощать в жизнь идею умного п...

Самолеты станут дешевле и экологичней благодаря 3D-печати
Самолеты станут дешевле и экологичней благодаря 3D-печати

Ученые из Северо-западного университета у...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Новости компаний, релизы

Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Российские ученые выяснили, что за пять лет число случаев нетрудоспособности из-за онкологии выросло в стране почти на 70%