Optimización de formas aerodinámicas mediante sustituciones
El coste computacional de realizar simulaciones numéricas para diseñar componentes de aeronaves aumenta continuamente. El problema fundamental es diseñar alas o palas con la máxima eficiencia aerodinámica para un conjunto determinado de condiciones de funcionamiento y, a la vez, cumplir las restricciones de fabricación y financieras. En la fase de diseño conceptual, se suelen utilizar simulaciones de baja fidelidad para estudiar distintos conceptos. No obstante, durante la fase de diseño preliminar y detallado se necesitan simulaciones de mayor fidelidad que son computacionalmente costosas, ya que el espacio de búsqueda de las soluciones óptimas es reducido. En concreto, es esencial aplicar técnicas robustas de análisis y optimización computacional de circulación de fluidos con el fin de mejorar la eficiencia de los diseños. El proyecto ASOPBS (Aerodynamic shape optimization by physics-based surrogates), financiado por la Unión Europea, se centró en la optimización de formas aerodinámicas. La finalidad fue proponer métodos y algoritmos que se puedan acoplar con simuladores de DCF de alta fidelidad. La optimización mediante sustitutos ofrece una alternativa atractiva con un coste computacional mucho menor para superficies aerodinámicas en 2D y 3D. Los investigadores adoptaron la optimización basada en sustitutos para la modelización geométrica y física. Lo que es más importante, se implementaron todos los procedimientos de diseño en una sola estructura de computación que garantiza flujos de datos totalmente integrados entre los algoritmos de optimización y los modelos de baja y alta fidelidad. ASOPBS desarrolló el software «Engineering Optimisation and Modelling Centre-Computational Fluid Dynamics» (EOMC-CFD), que se sometió a pruebas exhaustivas de verificación. Con este fin, se utilizaron problemas de referencia que abarcaban casos en 2D y 3D en condiciones subsónicas y transónicas. Ante de finalizar el proyecto ASOPBS en 2015, se amplió EOMC-CFD con éxito para abarcar métodos de elementos finitos destinados al diseño y la optimización de elementos mecánicos y estructurales de aeronaves. Las posibles aplicaciones también incluyen productos protésicos, tal como se ha puesto de manifiesto mediante una colaboración con una empresa de prótesis.
Palabras clave
Aerodinámica, modelo de sustitución, dinámica computacional de fluidos, aeronave, ASOPBS, EOMC-CFD
