Ottimizzazione della forma aerodinamica basata su surrogati
Il costo computazionale di eseguire simulazioni numeriche per la progettazione di componenti di aeromobili è in continuo aumento. Il problema fondamentale è quello di progettare ali o pale con la massima efficienza aerodinamica per un dato insieme di condizioni di funzionamento pur soddisfacendo i vincoli di produzione, nonché quelli finanziari. In fase di progettazione concettuale, le simulazioni a bassa fedeltà sono in genere utilizzate per analizzare concetti differenti. Tuttavia, nella fase di progettazione preliminare e dettagliata, sono necessarie simulazioni costose a livello computazionale e ad alta fedeltà quando si riduce lo spazio di ricerca in cui si trova la soluzione ottimale. In particolare, tecniche robuste per l’analisi fluidodinamica computazionale e l’ottimizzazione sono essenziali per migliorare l’efficienza di progettazione. Il progetto ASOPBS (Aerodynamic shape optimization by physics-based surrogates), finanziato dall’UE, ha concentrato i propri sforzi sull’ottimizzazione della forma aerodinamica. Lo scopo era quello di proporre metodologie e algoritmi in grado di essere accoppiati con simulatori CFD ad alta fedeltà. L’ottimizzazione basata sui surrogati ha offerto un’alternativa attraente, con un costo computazionale molto inferiore per superfici aerodinamiche sia in 2D che in 3D. I ricercatori hanno adottato l’ottimizzazione basata sui surrogati sia per la geometria che per la modellizzazione fisica. In modo ancora più importante, sono state attuate tutte le procedure di progettazione in un unico quadro computazionale che garantisce flussi di dati senza soluzione di continuità tra algoritmi di ottimizzazione e modelli a bassa o alta fedeltà. Il progetto ASOPBS ha sviluppato il software EOMC-CFD (Engineering Optimisation and Modelling Centre-Computational Fluid Dynamics). Tale software è stato sottoposto a estesi test di verifica. A tale scopo, sono stati utilizzati dei problemi di riferimento che coinvolgono casi 2D e 3D per condizioni subsoniche e transoniche. Prima del completamento del progetto ASOPBS nel 2015, il software EOMC-CFD è stato esteso con successo ai metodi con elementi finiti per la progettazione e l’ottimizzazione degli elementi meccanici e strutturali degli aerei. Potenziali applicazioni includono anche prodotti protesici, come evidenziato da una collaborazione con un’azienda di tale settore.
Parole chiave
Aerodinamica, modello surrogato, fluidodinamica computazionale, aereo, ASOPBS, EOMC-CFD