L'optimisation de la forme aérodynamique grâce à un modèle de substitution
Le coût en calcul des simulations numériques nécessaires à la conception de composants d'avions augmente sans cesse. Le problème de base est de concevoir des ailes ou des pales avec le meilleur aérodynamisme, pour un ensemble donné de conditions d'exploitation, tout en respectant les contraintes financières et de fabrication. Pendant la phase de conception initiale, on utilise généralement des simulations relativement grossières pour étudier les différents concepts possibles. Cependant, pour les phases de conception préliminaire et détaillée, il faut utiliser des simulations plus fidèles, exigeantes en calcul, car l'espace de recherche de la solution optimale se réduit. Pour améliorer l'efficacité de la conception, il faut disposer de techniques solides d'analyse informatisée des écoulements, et d'optimisation. Le projet ASOPBS (Aerodynamic shape optimization by physics-based surrogates), financé par l'UE, s'est intéressé à l'optimisation des formes aérodynamiques. Son but était de proposer des méthodologies et des algorithmes susceptibles d'être couplés avec des simulateurs DFN de haute fidélité. L'optimisation par substitution s'est avérée intéressante pour des surfaces aérodynamiques en 2D comme en 3D, avec un coût en calculs bien inférieur. Les chercheurs ont adopté l'optimisation par substitution pour modéliser la forme ainsi que la physique. Mieux encore, ils ont intégré toutes les procédures de conception dans un même cadre informatisé, qui assure une circulation transparente des données entre les algorithmes d'optimisation et les modèles (à haute ou basse fidélité). Les chercheurs d'ASOPBS ont développé le logiciel EOMC-CFD (Engineering Optimisation and Modelling Centre-Computational Fluid Dynamics). Ils l'ont soumis à des tests approfondis de vérification, en utilisant des problèmes bien référencés impliquant des cas en 2D et 3D, pour des conditions subsoniques et transsoniques. Avant le terme du projet ASOPBS en 2015, les chercheurs avaient étendu le logiciel EOMC-CFD afin de couvrir des méthodes par éléments finis, pour la conception et l'optimisation d'éléments d'avion, structurels et mécaniques. Il pourrait aussi servir dans le domaine des prothèses, comme l'a montré la collaboration avec une entreprise spécialisée.
Mots‑clés
Aérodynamique, modèle de substitution, calculs de dynamique des fluides, avion, ASOPBS, EOMC-CFD