上篇我們說到大型飛機公司“空中客車”利用HPC在優(yōu)化聲學襯墊和減輕飛機體重上面的成功應用，這篇我們將分享一家規(guī)模較小的輕型飛機制造商Pipistrel，是如何利用云HPC來完成飛機設(shè)計生產(chǎn)制造的。 

Pipistrel是一家來自斯洛文尼亞的飛機制造商，專門生產(chǎn)輕型飛機。

在1995年攜作品“Pipistrel Sinus”參加Aero Friedrichshafen歐洲通用航空展后，Sinus的簡約結(jié)構(gòu)設(shè)計和高燃料效率為人稱道。

在2007-2008年贏得NASA挑戰(zhàn)賽，以及在2011年的一次綠色飛行挑戰(zhàn)賽中利用第一架電動四座飛機Taurus G4一舉成名。

Taurus G4電動四座飛機

這一切的功勞，遠遠離不開CAD和CFD技術(shù)的支持。以主張“輕便環(huán)保”出道的Pipistrel飛機設(shè)計，最核心的技術(shù)之一便是飛機外流場CFD設(shè)計。

這同時也是所有飛機設(shè)計中研究最多的方向之一。制造商常用的兩種辦法有物理的風洞測試，第二種是使用計算流體動力學（CFD）模擬計算機中的空氣流動。

Panthera飛機的外流場

這兩種方法都有利有弊，大部分的航空公司一般是選擇模擬仿真為主，風洞測試為輔。因為從成本和時間的角度來看，風洞測試要昂貴得多，因此只在必要的時候使用。

而對于Pipistrel來說，在新飛機的設(shè)計階段幾乎不可能使用風洞試驗，因為這種試驗太昂貴了。為了避免風洞試驗并能夠完成研發(fā)，設(shè)計團隊決定部署能夠精確模擬真實氣流的空氣動力學模型。這些模型需要大量的計算周期和內(nèi)存，因此使用HPC超算資源上執(zhí)行模擬仿真是最好的選擇。

HPC超算資源讓Pipistrel的飛機設(shè)計仿佛在物理現(xiàn)實中進行，并能夠獲取有關(guān)飛機在飛行中所表現(xiàn)的準確信息。這樣工程師們能夠在高精確度的條件下模擬流動，更好地進行案例研究。

（左）壓力；（右）湍流能量耗散情況

工程師將CAD模型周圍的虛擬空間劃分為小單元以預測氣流。在評估飛機機身的空氣動力學特性時，這種單元尺寸很重要。因此，Pipistrel將網(wǎng)格尺寸細化了10倍，從5-10百萬個細胞到1.15億個細胞。這意味著氣流的模擬精度現(xiàn)在表示層厚度為0.006 mm，而高端工作站計算機的厚度為0.1 mm，極大化地精細網(wǎng)格已獲得更高的準確度。

（左）在計算機工作站上進行CFD模擬。

（右）在HPC環(huán)境中計算airBlow。

典型的大型模型將在HPC系統(tǒng)上運行大約2到3天。與普通的計算工作站相比，使用HPC資源使得模擬仿真時間減少了高達90％，且內(nèi)部計算機工作站幾乎無法運算如此大量的數(shù)據(jù)，即使可以運行，類似的結(jié)果需要20-30天。

因此，HPC的使用使得Pipistrel能夠在合理的時間內(nèi)獲得更復雜的模擬結(jié)果。它還為運行如此大型的仿真提供了經(jīng)濟高效的解決方案。使用按需計算的HPC超算使得Pipistrel的運算成本減少27萬歐元，這種付費模式使得Pipistrel能夠構(gòu)建強大且可擴展的HPC靈活基礎(chǔ)架構(gòu)，極大降低研發(fā)成本，現(xiàn)今按需獲取的HPC資源已經(jīng)成為其日常生產(chǎn)業(yè)務的一部分。

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