Surrogat-basierte Optimierung von aerodynamischen Formen

EU-finanzierte Forscher haben Werkzeuge entwickelt, die mithilfe von Surrogatmodellen anstelle von Computational Fluid Dynamics (CFD)-Algorithmen und bei geringerem Rechenaufwand Optimierungsprobleme für die aerodynamische Form lösen können.

Industrielle Technologien

Der Rechenaufwand zur Durchführung von numerischen Simulationen für die Gestaltung von Flugzeugkomponenten steigt kontinuierlich. Das grundlegende Problem besteht darin, für einen bestimmten Satz von Betriebsbedingungen Flügel oder Rotorblätter mit maximaler aerodynamischer Effizienz zu entwerfen und gleichzeitig fertigungstechnische sowie finanzielle Einschränkungen hinzunehmen. In der Konzeptionsphase werden typischerweise Low-Fidelity-Simulationen verwendet, um verschiedene Konzepte zu untersuchen. In der vorläufigen und detaillierten Konstruktionsphase jedoch werden rechnerisch aufwendige und genauere Simulationen benötigt, um die optimale Lösung einzugrenzen. Insbesondere sind robuste Techniken sowohl für die numerische Fluid-Flow-Analyse als auch für die Optimierung erforderlich, um die Entwurfseffizienz zu verbessern. Das EU-geförderte Projekt ASOPBS (Aerodynamic shape optimization by physics-based surrogates) konzentrierte sich auf die Optimierung von aerodynamischen Formen. Ziel war es, Methoden und Algorithmen vorzuschlagen, die mit High-Fidelity-CFD-Simulatoren koppelbar sind. Die Surrogat-basierte Optimierung bot eine attraktive Alternative mit einem wesentlich geringeren Rechenaufwand für zwei- und dreidimensionale aerodynamische Oberflächen. Die Forscher verwendeten die Surrogat-basierte Optimierung für die Modellierung der Geometrie sowie der Physik. Noch wichtiger war, dass sie alle Entwurfsverfahren in einem einzigen Rechenrahmen implementierten, der nahtlose Datenströme zwischen Optimierungsalgorithmen und Low- oder High-Fidelity-Modellen gewährleistet. ASOPBS entwickelte eine Software mit dem Namen "Engineering Optimisation and Modelling Centre-Computational Fluid Dynamics" (EOMC-CFD). Diese wurde umfangreichen Überprüfungstests unterzogen. Hierzu wurden gebenchmarkte Probleme zu 2D- und 3D-Fällen für Unterschall- und schallnahe Bedingungen verwendet. Bis zum Abschluss des ASOPBS-Projekts im Jahr 2015 wurde EOMC-CFD erfolgreich erweitert, um Finite-Elemente-Methoden für das Design und die Optimierung von mechanischen und strukturellen Flugzeugteilen abzudecken. Mögliche Anwendungen umfassen außerdem prothetische Produkte, was eine Zusammenarbeit mit einem Prothesenhersteller belegt.

Schlüsselbegriffe

Aerodynamisch, Surrogatmodell, Numerische Strömungsmechanik, Flugzeuge, ASOPBS, EOMC-CFD

Aerodynamic Shape Optimization by Physics-Based Surrogates

Surrogat-basierte Optimierung von aerodynamischen Formen

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