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导读：据eurasiantimes网站4月17日报道，美国NASA的研究人员正在和美国能源部的阿贡国家实验室 (ANL) 合作开发人工智能 (AI)，以提高模拟仿真速度，以研究超音速和高超音速飞机发动机周围空气的流动情况。
美国空军F-15等战斗机在飞行过程中经常超过2马赫（音速的两倍），这被称为超音速水平。在5马赫及以上的高超音速飞行中，飞机的飞行速度超过每小时3,000英里。 自1950年代以来，用于火箭的推进系统使高超音速成为可能，然而，工程师和科学家正在研究先进的航空发动机设计，以使高超音速飞行比火箭发射便宜得多，并且更常见于商业飞行、太空勘探和国防目的。 来自NASA和阿贡国家实验室(ANL)的一组研究人员新发表的论文详细介绍了机器学习技术，以减少在超音速和高超音速下进行与燃料燃烧相关的计算流体动力学 (CFD) 模拟所需的内存和成本。该论文此前曾于1月份在美国航空航天学会科技论坛上发表。 在建造和测试任何飞机之前，CFD模拟用于确定飞行中飞机周围的各种力将如何与其相互作用。CFD由表示流体（如空气和水）行为的数值表达式组成。 当一架飞机突破音障时，它会产生一种“冲击波”，这是一种扰动，会使周围的空气变得更热、更密集、压力更高，从而使其表现得非常猛烈。 在高超音速下，产生的空气摩擦力如此之大，以至于它可以熔化传统商用飞机的部件。 吸气式喷气发动机在飞行时吸入氧气来燃烧燃料，因此CFD模拟必须考虑空气行为的重大变化，不仅包括飞机周围的空气，而且还包括当它穿过发动机并与燃料相互作用时。 新技术 虽然传统飞机有风扇叶片来推动空气，但在接近3马赫及以上速度的飞机中，它们的运动本身会压缩空气。这些被称为超燃冲压发动机的飞机设计对于达到火箭推进无法达到的燃油效率水平非常重要。 因此，当涉及到能够突破音障的飞机上的CFD模拟时，上述所有因素都为已经计算密集的仿真增加了新的复杂性。 “由于这些发动机中的化学和湍流相互作用非常复杂，因此科学家们需要开发先进的燃烧模型和CFD代码，以准确有效地描述燃烧物理学。”该研究的合作者兼阿贡国家实验室先进推进和动力研究中心主任斯本-杜松（Sibendu Som）表示。 NASA有一个称为VULCAN-CFD的高超音速CFD代码，专门用于模拟这种不稳定环境中的燃烧行为。 此代码使用称为“flamelet tables’”的东西，其中每个“flamelet”是整个燃烧模型中火焰的一个小单元。该数据表由一个庞大的集合中燃烧燃料的不同快照组成，该集合占用大量计算机内存来处理。 因此，NASA和阿贡国家实验室(ANL)的研究人员正在探索使用AI通过降低密集的内存需求和计算成本来简化这些CFD模拟，从而加快突破性飞机的开发速度。 阿贡国家实验室 (ANL)的计算科学家使用由该中心开发的软件生成的火焰表来训练可应用于NASA的VULCAN-CFD代码的人工神经网络。AI使用小火焰表中的值来学习确定超音速发动机环境中燃烧行为的捷径。 NASA Langley Research 的研究科学家罗伯特·鲍尔（Robert Baurle）表示：“通过利用阿贡国家实验室的研究工作，该合作伙伴关系增强了我们内部VULCAN-CFD工具的能力，使我们能够以大大降低分析燃料燃烧特性的成本。” 世界各国都在竞相实现高超音速飞行能力，这场竞赛的一个重要部分是虚拟实验，其中人工智能和机器学习 (ML) 等新兴技术的应用潜力巨大。 相关阅读： 【行业动态】NASA采用增材制造开发出超级金属合金，耐温1100摄氏度 原创文章，转载请注明来自@两机动力控制 |
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