Crearán modelos de computación para mejorar diseños de aeronaves comerciales
Para un ambicioso proyecto científico que se desarrolla en una universidad de Arabia Saudita, el doctor Hugo Guillermo Castro, del Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT UNNE-Conicet), fue invitado a integrarse a un equipo internacional de especialistas en el área de fluidodinámica computacional.
Castro, con formación de base en la ingeniería civil, tiene un doctorado en Mecánica Computacional. En su trayecto de formación se especializó en la formulación y desarrollo de modelos computacionales para simular y analizar distintos problemas que involucren fluidos, sólidos y su interacción, siendo una aplicación de ello la aerodinámica de vehículos. En la actualidad, se desempeña como director del Laboratorio de Dinámica Computacional del IMIT y es profesor adjunto de Análisis Matemático III en la Facultad de Ingeniería de la UNNE.
Su formación lo calificó para ser invitado a integrar el Advanced Algorithms and Simulations Lab (Aanslab) de la King Abdullah University of Science and Technology (Kaust), Arabia Saudita. El Aanslab es dirigido por el profesor Matteo Parsani, y los profesionales que lo integran provienen de distintas partes del mundo y poseen diferentes formaciones: ingenieros aeroespaciales, matemáticos, físicos, etc.
La invitación que recibe el doctor Castro es para integrar el proyecto "Simulaciones predictivas de flujos sobre aeronaves comerciales". El enfoque que tiene el estudio se realiza en base a los antecedentes que tiene el Aanslab en la materia. El prestigio del grupo llevó a conformar recientemente una sociedad con el equipo de F1 de McLaren para predecir adecuadamente el flujo sobre el alerón delantero del vehículo utilizando fluidodinámica computacional (CFD, por computational fluid dynamics) y análisis numérico y computación de alto desempeño (HPC, por high performance computing).
Para comprender qué es la fluidodinámica computacional, el doctor Castro explica los alcances del área en que se desempeña: "Actualmente, la complejidad de los problemas que se precisan abordar de manera precisa y en tiempos moderados es tal, que no es suficiente con lograr un aumento en la potencia computacional y resulta necesario desarrollar nuevos algoritmos, solvers y modelos físicos con mejores propiedades matemáticas y numéricas".
En este aspecto, Kaust no solo cuenta con uno de los sistemas de supercomputadoras más potentes del mundo (ocupa la posición 89 según la lista del top 500 a noviembre de 2021), sino que desarrollan métodos numéricos para resolver problemas industriales de flujo multiescala hasta ahora intratables (por ejemplo, flujos turbulentos separables con LES y DNS, aeroacústica y fluidos supercríticos en diferentes regímenes de flujo) y que además pueden escalar en cientos de miles de núcleos.
–¿Qué conocimiento científico brindará y cuál cree que será el impacto del proyecto en el que participará?
–El proyecto busca aplicar estas tecnologías disponibles en los grupos de investigación de Kaust a geometrías de aeronaves realistas. La idea es utilizar herramientas computacionales de alta fidelidad para predecir exitosamente el comportamiento del flujo de aire a través de geometrías complejas y diferentes regímenes de flujo. Con ello se busca mejorar el diseño de aeronaves, particularmente en configuraciones de despegue y aterrizaje, situación que hasta la actualidad resulta muy difícil (si no imposible) de simular con precisión.
Los códigos computacionales desarrollados por el Aanslab incluyen un solver para las ecuaciones de Navier-Stokes compresible de alta fidelidad y con adaptividad HP de excelente escalabilidad. Los solvers son herramientas computacionales de cálculo que permiten resolver problemas y obtener soluciones para un modelo determinado, lo que habilita una mejor toma de decisiones.
Este solver está basado en metodologías conocidas como "Galekin discontinuo" y "sumatoria por partes", mediante las cuales es posible verificar propiedades de estabilidad no-lineal (o de estabilidad entrópica). Desde el punto de vista del conocimiento científico, estamos hablando de metodologías que actualmente se consideran como de punta.
–¿Qué nueva información se pudo obtener y que no se conocía?
–Hasta el momento, al ser un proyecto de incipiente inicio, no se cuenta con resultados concretos. Actualmente se está trabajando sobre un modelo de aeronave estándar (foto) para comparar los resultados obtenidos con los provistos por ensayos en los túneles de viento y otras simulaciones computacionales con formulaciones de alto orden. Sí se espera no solamente predecir el comportamiento del flujo de aire alrededor de aeronaves de última generación, sino también aportar herramientas computacionales confiables y robustas que puedan ser utilizadas para el diseño de futuras aeronaves.
–¿Qué nuevas líneas de investigación pueden surgir a partir de este proyecto?
–Las formulaciones matemáticas y algoritmos desarrollados constituyen códigos computacionales que son puestos bajo la lupa a través de muy diversos análisis, como ser la escalabilidad (adaptación y respuesta en el rendimiento) y la estabilidad (bajo nivel de falla), además de que deben demostrar ser físicamente consistentes. Cuando se comienzan a proponer alternativas de resolución a diferentes problemas es cuando comienzan a aparecer potenciales líneas de investigación, por lo cual es esperable que al finalizar el proyecto se cuenten con varias ideas nuevas hacia donde dirigir nuevas investigaciones. Por otra parte, esta clase de experiencias, donde se puede interactuar con grupos de primer nivel internacional, es extremadamente positiva para nuestro desarrollo local. Es algo que los integrantes de los grupos de investigación de la región buscamos no solo alcanzar, sino mantener en el tiempo, dado que nos permite seguir familiarizados con los últimos avances en nuestros campos de investigación.
