نرمافزار ناسا مرزهای تحقیق درباره یخنشینی هواپیماها را گسترش میدهد
John Gould
مدیریت مأموریت تحقیقات هوانوردی
فهرست
- تشکیل یخ: خنک نیست
- پژوهشهای برتر در سطح جهانی
در هنگام پرواز تحت شرایط خاص جوی، قطرات ریز یخزدهٔ آب که در هوا شناورند میتوانند برای هواپیما خطر ایجاد کنند. اگر در نظر گرفته نشوند، این قطرات میتوانند بر روی هواپیما به صورت یخ تجمع یافته و خطر ایمنی به بار آورند.
اما ابزارهای نرمافزاری ناسا مانند محیط محاسباتی یخنشینی گلن (GlennICE) در تلاشند تا ایمنی مسافران و خلبانان را تضمین کنند.
ناسا نرمافزار جدیدی به نام GlennICE را توسعه داد تا روش بررسی، درک و پیشگیری از تشکیل یخ بر روی بالها، موتورهای هواپیما و سطوح کنترلی نظیر رَدَر و اِِلِوِیتِر را متحول سازد.
به لطف دههها تحقیق برتر ناسا، مهندسان در سراسر کشور هماکنون میتوانند از GlennICE برای طراحی هواپیماهایی استفاده کنند که در آنها تجمع یخ بهندرت رخ میدهد یا خطر بسیار کمی ایجاد میکند.
به نام مرکز تحقیقاتی گلن ناسا در کلیولند، GlennICE بخشی از تلاش ناسا برای ارائه ابزارهای محاسباتی به صنعت هوانوردی است؛ ابزارهایی شامل نرمافزارهای طراحی که به بهبود ایمنی هواپیماها و ارتقای نوآوری کمک میکنند. برای تحقیقات و مدلسازی یخنشینی، کدهای رایانهای ناسا در چند دهه اخیر به استاندارد صنعتی تبدیل شدهاند؛ و GlennICE بر پایه این دستاوردها، مدلسازی دیجیتالی پیشرفتهای از ذرات آب و یخ در تقریباً هر شرایط جوی ممکن ارائه میدهد.
با قابلیتهای بهروز شده و تجربه کاربری سادهسازیشده، GlennICE به کاربران امکان میدهد تا مرزهای پیشرفت علمی را بردارند؛ بهویژه پژوهشگرانی که بر روی طراحیهای پیچیده و غیرمتعارف هواپیماهای آینده کار میکنند.
«کدهای ارثی بهخوبی برای شبیهسازی هواپیماهای سنتی با بدنهٔ لوله‑و‑بال طراحی شدهاند»، گفت کریستوفر پورتر، سرپرست توسعهٔ GlennICE. «اما امروز ما وسایل نقلیهٔ جدیدی با طرحهای نوین داریم که چالشهای پژوهشی جدیدی را در زمینهٔ یخنشینی ایجاد میکنند. این نیازمند ابزار پیشرفتهتری است و همینجا است که GlennICE وارد میشود.»
تا به امروز، دهها شریک صنعتی و همچنین سایر سازمانهای دولتی شروع به استفاده از GlennICE کردهاند؛ این نرمافزار در فهرست نرمافزارهای ناسا در دسترس است.
ویدئوی زمانسنجی از تشکیل یخ بر روی مدل تحقیقاتی مشترک ۶۵ ٪.
اعتبار: NASA/Jordan Cochran
تشکیل یخ: خنک نیست
اگرچه بر پایهٔ کدهای ارثی ناسا مانند LEWICE 3D ساخته شده است، GlennICE کاملاً متفاوت است. این ابزار جدید میتواند برای شرایط خاص سفارشیسازی شود و با سایر نرمافزارها سازگار باشد. بهعبارت دیگر، قابلیت تنظیم بیشتری دارد و برای پژوهشگران زمان تنظیم و استفاده را بهطرز چشمگیری کاهش میدهد.
این فرآیند سادهسازیشده به همراه توانایی پیشرفتهتر آن در مدلسازی یخنشینی، به GlennICE این امکان را میدهد تا بهراحتی به مفاهیم قرن بیست و یکم از جمله هواپیماهای فراتر‑سرعت، پهبادهای پیشرفتهٔ حملونقل هوایی، پروازهای دیگر، بالهای با شکل غیرمتعارف، طرحهای توربوفن با روتور باز یا پیکربندیهای نوین برای هواپیماهای سنتی مانند گنبدهای راداری بپردازد.
اما این فرآیند شبیهسازی چهطور کار میکند؟
«تصور کنید یک هواپیما در حال عبور از یک ابر است»، پورتر گفت. «برخی از این قطرات آب و یخ به هواپیما برخورد میکنند و برخی دیگر نه. GlennICE این قطرات را شبیهسازی میکند و دقیقاً موقعیت نهایی آنها را، چه بر روی هواپیما و چه در جای دیگر، پیشبینی میکند.»
وقتی این قطرات آب به هواپیما میرسند، به سطح میچسبند، یخ میزنند و شروع به جذب قطرات بیشتری میکنند که همانند آن عمل مینمایند. نرمافزار دقیقاً مکان وقوع این پدیده و شکلگیری یخ در طول زمان را شبیهسازی میکند.
«ما فقط به هواپیما نمیپردازیم، بلکه به فیزیک هوا و آب نیز توجه داریم»، پورتر گفت.
از آنجا که برای شبیهسازی قطرات طراحی شده است، پژوهشگران علاقهمند به استفاده از GlennICE برای شبیهسازی شرایطی نظیر ذرات شن و خاکستر نیز شدهاند. این مواد هنگامی که به موتورهای هواپیما وارد میشوند، خطرات جداگانهای را ایجاد میکنند که مهندسان هوافضا سعی در پیشگیری از آن دارند.
پژوهشهای برتر در سطح جهانی
تحقیقات دربارهٔ یخنشینی پایهایترین عنصر ایمنی هوانوردی است و ناسا نقش کلیدی در تضمین پروازهای ایمن و بدون یخ برای خلبانان و مسافران ایفا میکند. تونلهای باد این سازمان، بهعنوان مثال، از توانمندیهای تحقیقاتی یخنشینی در سطح جهانی برخوردارند که بهسراسر در پژوهشهای هوانوردی معمول نیست.
همراه با آزمایشات تونلهای هوا، GlennICE مجموعهای جامع از قابلیتها را به پژوهشگران ارائه میدهد. در حالی که تونلهای هوا میتوانند دادهها را با استفاده از مدلها و شرایط واقعی تأیید و اعتبارسنجی کنند، ابزارهایی نظیر GlennICE میتوانند خلأهای پژوهشی را که بهسادهای با تونلهای هوا قابل دستیابی نیستند، پر کنند.
«برخی از محیطهایی که باید در آنها آزمایش کنیم، بهدلیل اندازهٔ مورد نیاز تونل و فیزیک پیچیده، عملی نیستند»، پورتر توضیح داد. «اما با استفاده از GlennICE میتوانیم این آزمایشها را بهصورت دیجیتالی انجام دهیم. برای مثال، میتوانیم تمام شرایط یخنشینی مندرج در مقررات جدید را مدلسازی کنیم.»
توسعهٔ GlennICE تحت برنامههای مفهوم تحولپذیر هوانوردی ناسا و وسایل هوایی پیشرفته انجام میشود. این برنامهها از GlennICE حمایت کردهاند تا کارهای ناسا در زمینهٔ توسعهٔ ابزارهای محاسباتی برای طراحی هوافضا را پیش برده و گسترش دهند. اطلاعات بیشتر درباره تاریخچهٔ تحقیقات یخنشینی در ناسا در وبسایت این سازمان موجود است.