Effiziente Optimierung des aerodynamischen Designs
Die Integration von CFD-Optimierung (Computational Fluid Dynamics) mit computergestütztem Design (CAD) würde es ermöglichen, eine optimierte Form leicht zu manipulieren und weiter zu analysieren. Das CAD-Programm könnte sogar verwendet werden, um die nachfolgende Herstellung zu steuern. Die EU-finanzierten Wissenschaftler des Projekts ABOUTFLOW(öffnet in neuem Fenster) (Adjoint-based optimisation of industrial and unsteady flows) wollen eine Schnittstellen genau zu diesem Zweck entwickeln. Die gradient-basierte Optimierung nutzt die Abstufung einer Funktion an einem bestimmten Punkt, um zu bestimmen, in welcher (mathematischen) Richtung die besten Lösungen zu finden sind. Adjungierte Methoden zur Berechnung des Gradienten sind im aerodynamischen Form-Design zur bevorzugten Methode geworden. Solche adjunkt-basierte Optimierungstechniken übertreffen andere Methoden aufgrund ihres relativ geringen Rechenaufwands. Die Wissenschaftler von ABOUTFLOW integrieren gegenwärtig verfügbare Form- und Topologie-Designansätze mit dem gradienten-basierten Optimierungsansatz, um die Notwendigkeit für die manuelle Interpretation der optimierten Designs von einem Experten des Benutzers zu umgehen. Stattdessen wird das optimale Design für nachfolgende Analysen direkt in ein CAD-Programm gespeist. Zusätzlich und ebenso wichtig ist die Verbesserung der Effizienz der Adjunkt-Berechnung in Fällen von schwacher Strömungsinstabilität oder instationären Strömungen, wie sie häufig auf Flächen von Turbotriebwerken, Autos und Windkraftanlagen vorkommen. Herkömmliche Verfahren, um mit dieser Instabilität umzugehen, umfassen das Speichern und die Neuberechnung der Strömungslösung zu früheren Zeitschritten, was Speicher- und Zeitaufwand deutlich erhöht. Zur Halbzeit wurden zahlreiche Fortschritte bezüglich Robustheit, Genauigkeit und Effizienz der Adjunkt-Berechnung erreicht. Neu entwickelter Adjunkt-Code wurde auf einer grafischen Prozessoreinheit implementiert, um wichtige Leistungssteigerungen zu demonstrieren. Unruhige Adjunkt-Berechnungsfunktionen wurden ebenfalls deutlich verbessert und in industrielle Adjunkt-Solver integriert. Sie wurden erfolgreich eingesetzt, um aerodynamische Lösungen für Turbotriebwerke und Automobile zu finden, letztere verifiziert gegen Windkanal-Testdaten. Schließlich werden die Forscher das Fundament für die Integration von adjungierten Gradienten in Design-Prozessen legen. Eine verbesserte Genauigkeit der Topologieoptimierung und Entwicklung von verschiedenen Netz- und netzfreien Darstellungsparadigmen gehören zu den bisherigen Errungenschaften. In den kommenden Monaten werden die Algorithmen an realistischen industriellen Problemen getestet werden, um die besten Ansätze zu bewerten. Die vielversprechendsten werden dann für die abschließende Bewertung in die Design-Prozesse von den Industriepartnern eingearbeitet werden.
