每小时飞行仅需3美元！电动飞机制造商Pipistrel是如何节约成本的？

上篇我们说到大型飞机公司“空中客车”利用HPC在优化声学衬垫和减轻飞机体重上面的成功应用，这篇我们将分享一家规模较小的轻型飞机制造商Pipistrel，是如何利用云HPC来完成飞机设计生产制造的。 

Pipistrel是一家来自斯洛文尼亚的飞机制造商，专门生产轻型飞机。

在1995年携作品“Pipistrel Sinus”参加Aero Friedrichshafen欧洲通用航空展后，Sinus的简约结构设计和高燃料效率为人称道。

在2007-2008年赢得NASA挑战赛，以及在2011年的一次绿色飞行挑战赛中利用第一架电动四座飞机Taurus G4一举成名。

Taurus G4电动四座飞机

这一切的功劳，远远离不开CAD和CFD技术的支持。以主张“轻便环保”出道的Pipistrel飞机设计，最核心的技术之一便是飞机外流场CFD设计。

这同时也是所有飞机设计中研究最多的方向之一。制造商常用的两种办法有物理的风洞测试，第二种是使用计算流体动力学（CFD）模拟计算机中的空气流动。

Panthera飞机的外流场

这两种方法都有利有弊，大部分的航空公司一般是选择模拟仿真为主，风洞测试为辅。因为从成本和时间的角度来看，风洞测试要昂贵得多，因此只在必要的时候使用。

而对于Pipistrel来说，在新飞机的设计阶段几乎不可能使用风洞试验，因为这种试验太昂贵了。为了避免风洞试验并能够完成研发，设计团队决定部署能够精确模拟真实气流的空气动力学模型。这些模型需要大量的计算周期和内存，因此使用HPC超算资源上执行模拟仿真是最好的选择。

HPC超算资源让Pipistrel的飞机设计仿佛在物理现实中进行，并能够获取有关飞机在飞行中所表现的准确信息。这样工程师们能够在高精确度的条件下模拟流动，更好地进行案例研究。

（左）压力；（右）湍流能量耗散情况

工程师将CAD模型周围的虚拟空间划分为小单元以预测气流。在评估飞机机身的空气动力学特性时，这种单元尺寸很重要。因此，Pipistrel将网格尺寸细化了10倍，从5-10百万个细胞到1.15亿个细胞。这意味着气流的模拟精度现在表示层厚度为0.006 mm，而高端工作站计算机的厚度为0.1 mm，极大化地精细网格已获得更高的准确度。

（左）在计算机工作站上进行CFD模拟。

（右）在HPC环境中计算airBlow。

典型的大型模型将在HPC系统上运行大约2到3天。与普通的计算工作站相比，使用HPC资源使得模拟仿真时间减少了高达90％，且内部计算机工作站几乎无法运算如此大量的数据，即使可以运行，类似的结果需要20-30天。

因此，HPC的使用使得Pipistrel能够在合理的时间内获得更复杂的模拟结果。它还为运行如此大型的仿真提供了经济高效的解决方案。使用按需计算的HPC超算使得Pipistrel的运算成本减少27万欧元，这种付费模式使得Pipistrel能够构建强大且可扩展的HPC灵活基础架构，极大降低研发成本，现今按需获取的HPC资源已经成为其日常生产业务的一部分。

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