Les simulations par superordinateur contribuent à la conception de nouveaux avions
L’aviation est un élément fondamental de la société actuelle. Les préoccupations croissantes concernant l’impact environnemental des vols incitent l’industrie à optimiser les avions pour les rendre plus silencieux, plus légers et plus aérodynamiques, afin de réduire la consommation de carburant et les émissions de carbone. La conception d’un aéronef est une tâche extrêmement complexe, qui nécessite l’intégration de connaissances issues de plusieurs disciplines, notamment l’aérodynamique, la conception structurelle et l’acoustique. L’étude de nouvelles conceptions nécessite souvent l’utilisation de souffleries et de vols d’essai coûteux. L’industrie aéronautique européenne est donc très demandeuse d’outils numériques pouvant servir d’installations d’essai virtuelles. Le projet NextSim vise à accroître les capacités actuelles en matière de dynamique des fluides computationnelle (DFC), un élément essentiel de la conception aéronautique. Il y est parvenu en développant et en diffusant le résolveur numérique CODA (un outil de simulation du comportement des fluides), conçu pour fonctionner efficacement sur la prochaine génération de machines de calcul à haute performance (CHP) en Europe. «En réorganisant les outils actuels de DFC et en exploitant les plateformes d’informatique parallèle avancées, le projet visait à rationaliser le processus de conception, à réduire les délais et à améliorer l’efficacité des maquettes virtuelles», explique Oriol Lehmkuhl, responsable du groupe de calcul à grande échelle de la dynamique des fluides computationnelle au Barcelona Supercomputing Center et coordinateur du projet NextSim. «Ces efforts sont conformes aux objectifs de l’Union européenne en matière de durabilité de l’aviation et de réduction des émissions» dit-il.
Simulations de nouvelle génération
Le projet a été organisé autour d’une série de cas d’essai pertinents pour l’industrie, couvrant l’aérodynamique des avions à long rayon d’action en vol de croisière et dans des conditions nécessitant une portance élevée (comme le décollage et l’atterrissage), ainsi que l’écoulement des gaz d’échappement des moteurs à réaction. Ces cas de test ont été à l’origine de la planification initiale du projet. Tous les outils et produits du projet ont également été testés dans ces scénarios afin de démontrer leur potentiel. Les simulations développées dans le cadre de NextSim comprennent une analyse du flux d’échappement des moteurs pour réduire les polluants et le bruit des avions, et un modèle de recherche commun sur les dispositifs hypersustentateurs, qui montre comment l’air s’écoule sur les ailes des avions lors de l’atterrissage et du décollage. Grâce à NextSim, il est désormais possible de faire ces calculs plus rapidement et avec beaucoup plus de précision.
Avancées d’étape
Le projet a été réalisé avec le soutien de l’entreprise commune pour le calcul à haute performance européen (EuroHPC), une initiative mise en place pour développer un écosystème de supercalculateurs de classe mondiale en Europe. «Les résultats obtenus soulignent l’impact remarquable du projet sur l’industrie aéronautique», ajoute Oriol Lehmkuhl. «CODA se positionne désormais comme un résolveur de référence pour les applications aérodynamiques au sein du groupe Airbus, avec des implications substantielles pour le marché aéronautique», note-t-il. «En outre, le projet a permis de relever des défis pertinents pour le marché définis par Airbus, démontrant la faisabilité de la résolution de problèmes complexes avec une grande précision et une grande efficacité de calcul.» Le projet NextSim a également permis des avancées significatives dans le développement d’algorithmes, la gestion et l’optimisation des données pour les plateformes de CHP avancées. Les meilleures pratiques et les lignes directrices ont été partagées avec les acteurs du secteur afin de promouvoir l’échange de connaissances et l’adoption de solutions innovantes. Au-delà des avancées majeures réalisées dans les simulations DFC, les autres réalisations de NextSim comprennent l’optimisation des outils de simulation numérique actuels pour la conception aéronautique, l’expansion de l’utilisation du CHP dans la boucle de conception des produits aéronautiques, l’amélioration de l’efficacité des logiciels DFC, et le dépassement des déficiences existantes pour réduire de manière significative les coûts de certification d’ici 2050 grâce à la conception et à la simulation virtuelles. CODA entrera en production grâce au travail des ingénieurs d’Airbus, DLR et Onera à la fin de l’année 2024.
Mots‑clés
NextSim, entreprise commune EuroHPC, simulations, avions, conception, dynamique des fluides computationnelle, aéronautique, CHP, algorithme
