Die NASA hat ein neues digitales Modellierungstool für Luftfahrtingenieure entwickelt, um neue Flugzeugkonstruktionen zu entwickeln, das auf jahrzehntelanger Erfahrung mit hochentwickeltem Computercode für die Luftfahrt aufbaut.
Mit diesem Tool können Forscher Simulationen von Konzeptflugzeugen mit noch nie geflogener Technologie erstellen und detaillierte Daten über deren Funktionsweise erhalten.
Das Tool trägt den Namen „Voliere“ und bezieht sich auf Gehege, in denen Vögel gehalten und untersucht werden. Es erstellt virtuelle Modelle von Flugzeugen auf der Grundlage der vom Benutzer bereitgestellten Informationen. In dieser Analogie ist die Voliere das Gehege und die Vögel die virtuellen Flugzeugmodelle.
Forscher können Informationen über die Form, Reichweite und andere Eigenschaften eines Flugzeugs eingeben. Anschließend erstellt Aviary ein entsprechendes digitales Modell dieses Flugzeugs.
Jennifer Gratz
Leiter der Volierenaufgabe
Voliere ist ein bedeutender Fortschritt. Im Gegensatz zu früheren Luftfahrtmodellierungstools kann Aviary mit anderen Codes und Programmen verknüpft werden, um seine Funktionen zu erweitern und anzupassen.
„Wir wollten es einfach machen, den Code zu erweitern und ihn mit anderen Tools zu verknüpfen“, sagte Jennifer Gratz, die die Integration und Entwicklung von Aviary leitet. „Aviary wurde bewusst so konzipiert, dass die Disziplinen enger miteinander verknüpft werden können.“
Die Voliere ist kostenlos und für alle zugänglich. Der Kodex wächst weiter, da die Öffentlichkeit Beiträge leistet. Der Code wird zusammen mit der wichtigsten Dokumentation auf GitHub gehostet.
Aviary ist ein Nachkomme zweier früherer Modellierungswerkzeuge, die vor Jahrzehnten von der NASA entwickelt wurden: dem Flight Optimization System und dem General Aviation Synthesis Program.
Diese älteren Legacy-Codes waren jedoch in Bezug auf Flexibilität und Detailliertheit vergleichsweise begrenzt.
„Die älteren Legacy-Codes waren nicht dafür ausgelegt, diese moderneren Konzepte wie Hybrid-Elektroflugzeuge zu bewältigen“, sagte Gratz. „Sie betrachteten bestimmte Systeme als stärker getrennt, als sie es in den Fahrzeugen, die wir uns jetzt vorstellen, tatsächlich sind.“
Aviary schließt diese Lücke und ermöglicht es Forschern, nahtlos detaillierte Informationen zu integrieren, die die stärker integrierten, vernetzten Systeme widerspiegeln, die für die Modellierung neuerer Flugzeuge erforderlich sind.
Das Team begann mit der Entwicklung von Aviary, indem es die besten Teile der Legacy-Codes übernahm, sie zusammenführte und dann neuen Code hinzufügte, um Aviary erweiterbar und mit anderen Tools kompatibel zu machen.
„Das ist eine seiner wichtigsten Eigenschaften“, sagte Gratz. „Aviary ist so flexibel, dass Sie entscheiden können, worüber Sie mehr erfahren möchten, und es dann so konfigurieren können, dass es Ihnen beigebracht wird.“
Das frühzeitige Erhalten spezifischer, maßgeschneiderter Informationen kann Forschern Aufschluss darüber geben, in welche Richtung das Flugzeugdesign gehen sollte, bevor kostspielige Flugtests durchgeführt werden.
Anstatt integrierte Schätzungen für bestimmte Parameter wie den Ladezustand einer Batterie verwenden zu müssen, wie dies bei früheren Tools der Fall war, können Aviary-Benutzer problemlos die von anderen Tools generierten Informationen mit spezifischen Informationen zu Batterien verwenden.
Eine weitere Fähigkeit, die Aviary anpreist, sind Steigungen. Ein Gradient gibt im Wesentlichen an, wie stark sich ein bestimmter Wert auf einen anderen Wert auswirkt, wenn er geändert wird.
Angenommen, ein Forscher überlegt, wie leistungsstark eine Batterie sein sollte, um ein Flugzeug erfolgreich anzutreiben. Bei älteren Systemen müsste der Forscher für jede Batterieleistungsstufe eine separate Simulation durchführen.
Aviary kann diese Aufgabe jedoch in einer Simulation erfüllen, indem es Gradienten berücksichtigt.
„Man könnte Aviary anweisen, herauszufinden, wie leistungsstark ein Akku sein muss, damit sich sein Einsatz lohnt. Es wird eine simulierte Flugmission durchführen und mit dem Ergebnis zurückkommen“, sagte Gratz. „Ältere Tools können das nicht ohne Modifikation.“
Aviary kann alle diese Konzepte gleichzeitig simulieren – kein anderes Modellierungstool kann frühere Legacy-Tools, separate, von Benutzern eingeführte Tools und Farbverläufe problemlos berücksichtigen.
„Andere Tools haben einige dieser Dinge, aber keines von ihnen hat alle diese Dinge“, sagte Gratz.
Darüber hinaus wird Aviary mit einer umfangreichen Dokumentation geliefert.
„Dokumentation ist ein weiterer wichtiger Teil von Aviary“, sagte Gratz. „Wenn niemand das Tool versteht, kann es auch niemand nutzen. Durch eine gute Aufzeichnung der Entwicklung und Veränderungen von Aviary können mehr Menschen davon profitieren. Man muss kein Experte sein, um es zu nutzen.“
Das Glenn Research Center der NASA in Cleveland, das Ames Research Center in Kalifornien und das Langley Research Center in Virginia haben zu Aviary beigetragen.
