Nagoya Üniversitesi araştırmacıları, Japonya’nın Fugaku süper bilgisayarını kullanarak Tokyo çevresindeki açık hava türbülansını başarılı bir şekilde simüle ederek türbülansın nedenlerine ilişkin içgörüler elde etti ve potansiyel olarak havacılık güvenliğini iyileştirdi.
Bir araştırma grubu Nagoya Üniversitesi’nden bir araştırmacı, Tokyo çevresindeki açık hava türbülansını simüle etmek için Japonya’nın Fugaku süper bilgisayarını kullandı ve mevcut tahmin modellerini geliştirdi. Jeofizik Araştırma Mektupları dergisinde yayınlanan çalışma, Kelvin-Helmholtz istikrarsızlık dalgasının çöküşünü türbülansın birincil nedeni olarak tanımladı. Araştırmacılar, simülasyonlarını gerçek dünyadaki gözlemsel verilere karşı doğrulayarak, türbülans oluşumu ve bunun uçak üzerindeki etkisine ilişkin anlayışı geliştirmeyi ve potansiyel olarak uçuş güvenliğini iyileştirmeyi umuyor.
Süper Bilgisayarlar Kullanarak Doğru Hava Türbülansı Simülasyonu
{6 }Nagoya Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, Tokyo çevresindeki açık hava türbülansını doğru bir şekilde simüle etmek için Japonya’nın en hızlı süper bilgisayarını başarıyla kullandı. Daha sonra tahmin modellerinin doğruluğunu artırmak için bulgularını gerçek uçuş verileriyle çapraz referansladılar. Araştırma, Jeofizik Araştırma Mektupları dergisinde yayınlandı.
Açık Hava Türbülansını (CAT) Anlamak
Hava türbülansı genellikle kötü hava ile ilişkilendirilse de, bir uçak kabini güneşli bir havada bile şiddetli bir şekilde sallanabilir. ve bulutsuz gün. Açık hava türbülansı (CAT) olarak bilinen bu türbülanslı hava hareketleri, herhangi bir görünür bulut veya diğer atmosferik rahatsızlıkların yokluğunda meydana gelebilir. CAT’e neden olan kesin mekanizmalar tam olarak anlaşılmasa da, öncelikle rüzgar kesmesi ve atmosferik dengesizlikten kaynaklandığına inanılıyor.
CAT, havacılık güvenliği için önemli bir tehdittir. Sakin bir günde beklenmeyen türbülans, yolcular ve mürettebat üyeleri arasında yaralanmalara neden olabilir, uçaklara zarar verebilir ve uçuş operasyonlarını kesintiye uğratabilir. Pilotlar, türbülansı tahmin etmek ve önlemek için diğer uçaklardan, hava durumu radarından ve atmosferik modellerden gelen verileri kullanır. Ancak, bulutlar veya fırtınalar gibi görünür göstergeler sunmadığından CAT tahminini yapmak özellikle zordur.
Büyük Girdap Simülasyonu (LES) ve Hesaplama Gücünün Zorluğu
Girdapların oluşturulması veya hava akışında ani değişikliklere yol açan girdaplı rüzgarlar bir uçağı sallayabilir. Bu nedenle bilim adamları, türbülanslı akışları modellemek ve CAT’i daha iyi anlamak için hesaplamalı bir akışkanlar dinamiği tekniği olan büyük girdap simülasyonuna (LES) güveniyor. Bununla birlikte, LES’in temel zorluklarından biri, bu karmaşık etkileşimleri simüle etmek için gereken önemli hesaplama gücüdür.
Bu engelin üstesinden gelmek için Nagoya Üniversitesi araştırma ekibi, ayrıntılı bir şekilde simüle etmek için Fugaku süper bilgisayarı olarak bilinen çok ölçekli bir bilgi işlem sistemi kullandı. yüksek çözünürlüklü LES kullanarak türbülans oluşturma süreci. Japonya’nın Kobe kentindeki Riken Hesaplamalı Bilim Merkezi’nde bulunan Fugaku, şu anda dünyanın en hızlı ikinci süper bilgisayarı olarak derecelendirilen yüksek performanslı bir bilgi işlem sistemidir.
Tokyo Üzerindeki Türbülans Modellerini Ortaya Çıkarma
Nagoya Üniversitesi’nden Dr. Ryoichi Yoshimura ve Tohoku Üniversitesi’nden Dr. Junshi Ito da dahil olmak üzere meslektaşları, Fugaku’nun muazzam hesaplama gücünden yararlanarak, Tokyo’nun Haneda havaalanının üzerinde, düşük basınç ve yakındaki bir dağ tarafından tetiklenen ultra yüksek çözünürlüklü bir kış CAT simülasyonu gerçekleştirdiler.
Rüzgar hızındaki bozulmanın Kelvin-Helmholtz istikrarsızlık dalgasının çökmesinden kaynaklandığını keşfettiler. Bu tür bir dengesizlik, farklı hızlara sahip iki hava katmanı arasındaki arayüzde ortaya çıkar ve dalga benzeri etkiler ve türbülansa neden olan çeşitli ince girdaplar oluşturur.
Araştırmanın Doğrulanması ve Etkileri
Yaptıktan sonra Ekip, hesaplamalarının ardından simüle edilmiş girdaplarını gerçek dünya verilerine karşı doğruladı. Yoshimura, “Tokyo çevresinde, sonuçlarımızı doğrulamak için pek çok gözlemsel veri var” dedi. “Havaalanları üzerinde uçan çok sayıda uçak var, bu da pek çok türbülans raporuna ve sarsıntı yoğunluğuna neden oluyor. Tokyo yakınlarındaki bir balonla yapılan atmosferik gözlemler de kullanıldı. O sırada kaydedilen sarsıntı verileri, hesaplamaların geçerli olduğunu göstermek için kullanıldı.”
“Bu araştırmanın sonuçları, yüksek çözünürlüklü simülasyon ve Yoshimura, türbülansın uçaklar üzerindeki etkilerini daha ayrıntılı araştırmamıza izin veriyor” dedi. “Sınırlı 3B bölgede önemli türbülansın meydana geldiği gösterildiğinden, aktif türbülansın varlığı önceden biliniyorsa, uçuş seviyeleri ayarlanarak bölgede uçmadan yönlendirme yapmak mümkündür. LES, daha doğru türbülans tahminleri ve gerçek zamanlı tahmin sağlayarak akıllı bir uçuş yöntemi sağlar.”
Referans: “Yerleşik ve Sanal Uçuş Verileri Tarafından Doğrulanan Sayısal Hava Tahmin Modeli ile Çözülen Açık Hava Türbülansı”, R. Yoshimura, J. Ito, P. A. Schittenhelm, K. Suzuki, A. Yakeno ve S. Obayashi, 21 Haziran 2023, Jeofizik Araştırma Mektupları.
DOI: 10.1029/2022GL101286