Numerische Simulation

Die Herausforderungen der Digitalisierung beschäftigen die Luftfahrtforscher schon seit vielen Jahren. Ihre Vision: Der gesamte Lebenszyklus eines Flugzeugs – vom ersten Entwurf, über Entwicklung, Zulassung und Wartung bis hin zur Außerbetriebnahme – soll digital im Rechner abgebildet werden. Ein solch „virtuelles Produkt“ würde Kosten und Risiken enorm senken.

Doch ein Flugzeug und seine aerodynamischen Eigenschaften sind komplex. Um sich der Realität digital anzunähern, unterteilen Wissenschaftler bei ihren Berechnungen am Computer den Raum um ein Flugzeug herum in ein Netz aus sehr vielen Kontrollzellen. In jeder Zelle können dann physikalische Kräfte wie Druck, Dichte und Geschwindigkeit berechnet werden. Je kleiner die Zellgrößer umso höher ist die Genauigkeit der Simulation. Daraus ergibt sich ein riesiges System von mathematischen Gleichungen für die zu berechnenden Strömungsgrößen. Hochleistungsrechner ermöglichen es, Abermillionen von Rechenschritten pro Sekunde durchzuführen und ein solches Netz mit konsistenten Werten zu füllen.

Ein solcher Supercomputer wurde im DLR erstmals 2007 eingerichtet. Er sollte als Grundlage und Werkzeug dienen, um die Einführung innovativer Technologien für wirtschaftlicheres, umweltfreundlicheres und sichereres Fliegen zu beschleunigen und technologische Risiken besser beherrschen zu können. Im Jahr 2019 wird das Cluster durch einen neuen Hochleistungsrechner ersetzt, der mit 2280 Rechenknoten und 145.920 Rechenkernen in der Lage ist, 1,798 PFlop/s, also 1798 · 1012 Rechenoperationen pro Sekunde zu bewältigen.

Aufwendige Simulationsrechnungen zu lösen und das Verhalten von Flugzeugen im Rechner zu simulieren sind maßgebliche Schritte in der Luftfahrtforschung, um Treibstoffverbrauch sowie Schadstoff- und Lärmemissionen zu reduzieren und Flugzeuge der Zukunft sicherer, umweltfreundlicher und wirtschaftlicher zu machen.