Havacılık sektöründe motor verimliliği ve dayanıklılık üzerine yürütülen Ar-Ge çalışmaları, süper bilgisayar teknolojisiyle yeni bir boyuta taşındı. Melbourne Üniversitesi, GE Aerospace ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL) iş birliğinde yürütülen proje kapsamında, dünyanın açık bilim için kullanılan en güçlü süper bilgisayarı Frontier, jet motorlarının en kritik parçalarını mercek altına aldı.
Araştırma ekibi, yüksek basınçlı türbin (HPT) kanatlarında meydana gelen mikroskobik yüzey bozulmalarının, motorun aerotermal verimliliğini ve ısı transferini nasıl etkilediğini analiz etti.
BİN YILLIK HESAPLAMA HAFTALAR İÇİNDE YAPILDI
Standart bir dizüstü bilgisayarda yapılması bin yıldan fazla sürecek olan karmaşık hesaplamalar, Frontier'ın ‘eksa ölçekli’ (exascale) gücü sayesinde sadece haftalar içinde tamamlandı. AMD GPU mimarisi için optimize edilen özel yazılımlar (HiPSTAR) kullanılarak, 10 ila 20 milyar ızgara noktası içeren devasa simülasyonlar gerçekleştirildi.
Melbourne Üniversitesi Makine Mühendisliği'nden Richard Sandberg, çalışmanın zorluğunu şu sözlerle özetledi: "Aşınma mikro ölçekte gerçekleşiyor ancak devasa bir kanat yapısı üzerinde etkili oluyor. Zaman ve uzunluk ölçeklerindeki bu tutarsızlık, simülasyonu son derece güç kılıyor."
2.000 DERECEDE GÖRÜNMEZ TEHDİT
Jet motorlarındaki türbinler, 2.000 santigrat derecenin üzerindeki aşırı sıcaklıklarda çalışıyor. Zamanla erozyon ve oksidasyon nedeniyle kanat yüzeylerinde mikroskobik pürüzler oluşuyor.
GE Aerospace Kıdemli Mühendisi Greg Sluyter, bu pürüzlülüğün maliyetini şöyle açıkladı: "Bu mikroskobik bozulmalar, aerodinamik kaybı önemli ölçüde artırıyor. Sonuç olarak yakıt verimliliği düşüyor, ısı akışı bozuluyor ve motorun bakım aralıkları sıklaşıyor."
ESKİ MODELLER YETERSİZ KALDI
Frontier ile yapılan simülasyonlar, mühendislerin bugüne kadar kullandığı varsayımların, jet motorlarının karmaşık geometrisinde yetersiz kaldığını kanıtladı. Dr. Thomas Jelly, eski modellerin ‘kanonik’ (standart) problemlere dayandığını, ancak gerçek bir jet motorunda akışkan dinamiğinin çok daha farklı işlediğini belirtti.
Yeni veriler, yüzey pürüzlülüğünün hava akışını ‘laminer’den ‘türbülanslı’ yapıya çok daha hızlı geçirdiğini, bunun da kanatlara binen ısı yükünü artırdığını gösterdi.
GELECEĞİN MOTORLARINDA KULLANILACAK
Elde edilen bulgular şimdiden endüstriyel tasarıma entegre edilmeye başlandı. GE Aerospace mühendisleri, bu verileri NASA ile ortak yürütülen Hibrit Termal Olarak Verimli Çekirdek Projesi kapsamında yeni nesil türbin tasarımlarında kullanıyor.
Bu teknolojik atılım, havacılık sektörünün karbon emisyonlarını azaltma hedeflerini de destekliyor. Daha verimli türbinler, aynı itme kuvveti için daha az yakıt tüketimi anlamına geliyor; bu da havayolu şirketleri için daha düşük işletme maliyeti ve daha az çevresel etki vadediyor.
