Arabia Saudita: investigador de la UNNE desarrollará modelos de computación para mejorar el diseño de aeronaves comerciales

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. Una aplicación de ello es la aerodinámica de vehículos. En la actualidad se desempeña como Director del Laboratorio de Dinámica Computacional del Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT-UNNE Conicet) y es profesor adjunto de Análisis Matemático III en la Facultad de Ingeniería de la UNNE.

Su formación lo calificó para ser invitado a formar parte del 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 con diferentes especializaciones: 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 del estudio se basa en 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 sólo 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 desarrolla 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 será el impacto del proyecto en que participará?

El proyecto al cual fui invitado a participar 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 -sino 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 discontínuo” 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 se desconocía?

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 Túnel de Viento y otras simulaciones computacionales con formulaciones de alto orden. Se espera, además de predecir el comportamiento del flujo de aire alrededor de aeronaves de última generación, aportar herramientas computacionales confiables y robustas que puedan ser utilizadas para el diseño de futuras aeronaves.

-¿Cuáles son las nuevas líneas de investigación que 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 escalabilidad (adaptación y respuesta en el rendimiento) y 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 líneos de investigación, por lo cual es esperable que al finalizar el proyecto se cuenten con varias ideas nuevas hacia dónde dirigir nuevas investigaciones.

Por otra parte, esta clase de experiencias, donde un investigador 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 sólo alcanzar, sino mantener en el tiempo, dado que nos permite seguir familiarizados con los últimos avances en nuestros campos de investigación.

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