Turbulencias

Hace tiempo los grandes programadores de Knights of the Sky nos dejaron un vídeo demostrando lo que parece indemostrable:

Un modelo de vuelo capaz no sólo de calcular los efectos sobre el avión, sino también sobre el resto del entorno. El siguiente paso en cuanto a cómputos en tiempo de real de aerodinámica para simuladores de vuelo.

A continuación se va ha hacer una “reflexión” sobre cómo se podría implementar esto en un simulador de vuelo. Esto no implica que vaya a estar presente en el simulador del F/A-18, al menos no a corto plazo, pues es un detalle que, aunque impresionante, no deja de ser un detalle que sólo afecta a pequeños momentos durante el vuelo, que pueden perfectamente no llegar a producirse.

Primeramente, considerar que, si se quiere hacer un modelo de perturbación del avión en el aire, es necesario “guardar” esos efectos en puntos discretos del espacio, es decir; discretizar el volumen completo donde se mueve el avión en un número determinado de puntos y en cada uno de ellos memorizar y calcular una velocidad debida a la perturbación. Si el terreno a modelar es grande, y además la altura varía entre 0 y 50km, esto da una cantidad de puntos que sólo contarlos llevaría probablemente al procesador más tiempo que el que se necesita para mostrar un frame.

Lo lógico y natural es usar para ello la potencia de las matrices dispersas, es decir, sólo incluir aquellos puntos que se vean afectados por la estela del avión. Para ello se usaría una especie de matriz con 6 columnas; 3 dedicadas a la posición del punto en cuestión y otras 3 para la grabación de la velocidad; de este modo se ahorraria muchísima memoria. Un algoritmo de “culling” u ocultación haría que sólo pudieran perturbar la región cercana a nosotros aquellos aviones que se encontrasen dentro de esta.

Entonces, una vez conocida la velocidad en cada uno de esos puntos, y siempre que se contase con un modelo aerodinámico partido, donde se discretizara la superficie del avión en diferentes partes que serían calculadas por separado, habría que componer las velocidades del punto en cuestión (suponemos que el avión no perturba la estela; esto realmente no es así, pero a modo de representación puede servir), en concreto: velocidad del viento + velocidad del avión sobre el suelo + velocidad de perturbación del punto. Y con esto tendriamos un comportamiento estupendo del avión cuando se encuentra dentro de la estela de un Tanker, o cuando vuela en formación por ejemplo.

Pero realmente no es tan fácil, ya que, cómo se puede ver en este vídeo, para un punto en concreto, la velocidad del aire va cambiando conforme pasa el tiempo:

Queda por tanto por definir la función F(x,y,z,tr,alfa), siendo (x,y,z) el punto de cálculo, alfa el ángulo de ataque del avión emisor y tr el tiempo relativo, contándose desde que ese punto fue atravesado por el emisor. Esta ecuación no es fácil de obtener y no queda más remedio que obtenerla de forma empírica, suponiendo que el flujo sobre las puntas alares va a ser rotativo mientras que el que emite el fuselaje a altos AoA será un flujo axial pero a menor velocidad de forma que provoque una “succión” del avión receptor (lo que se conoce por “rebufo” en las carreras). Esta estimación no es nada fácil y habría que tirar de modelos teóricos/semiempíricos sobre el tema.

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~ por amalahama en 8 febrero, 2008.