Oparta na modelu zastępczym optymalizacja kształtu aerodynamicznego
Koszt obliczeniowy symulacji numerycznych stosowanych w projektowaniu komponentów samolotów stale rośnie. Podstawowym problemem jest projektowanie skrzydeł lub łopat o maksymalnej wydajności aerodynamicznej dla danego zbioru warunków roboczych, a jednocześnie zmieszczenie się w ograniczeniach produkcyjnych i finansowych. W fazie koncepcyjnej zwykle wykorzystuje się przybliżone symulacje w celu przeanalizowania różnych pomysłów. W fazie wstępnego i szczegółowego projektowania potrzebne są jednak dokładniejsze symulacje, o większej mocy obliczeniowej, ponieważ zmniejsza się przestrzeń, w której znajduje się optymalne rozwiązanie. Dokładniej mówiąc, do poprawy wydajności projektowania potrzebne są skuteczne techniki do analizy metodą obliczeniowej dynamiki przepływów i optymalizacji. Uczestnicy projektu ASOPBS (Aerodynamic shape optimization by physics-based surrogates), finansowanego ze środków UE, zajmowali się optymalizacją aerodynamicznego kształtu. Celem było zaproponowanie metodologii i algorytmów, które można by zastosować w dokładnych symulatorach CFD. Optymalizacja oparta na modelach zastępczych stanowi atrakcyjną alternatywę, odznaczającą się dużo niższym kosztem obliczeniowym przy symulacji dwu- i trójwymiarowych powierzchni aerodynamicznych. Uczeni przystosowali optymalizację opartą na modelach zastępczych do wymagań modelowania zarówno geometrii, jak i fizyki. Co jeszcze istotniejsze, wdrożyli wszystkie procedury projektowe w ramach jednego schematu obliczeniowego, który zapewnia płynny przesył danych między algorytmami optymalizacyjnymi a modelami o niskiej i wysokiej dokładności. Uczestnicy projektu ASOPBS stworzyli oprogramowanie o nazwie "Engineering Optimisation and Modelling Centre-Computational Fluid Dynamics" (EOMC-CFD). Poddano je szczegółowym testom weryfikacyjnym. W tym celu wykorzystano porównawcze problemy obejmujące dwu- i trójwymiarowe przypadki warunków poddźwiękowych i okołodźwiękowych. Przed ukończeniem projektu ASOPBS w 2015 r. oprogramowanie EOMC-CFD rozbudowano poprzez włączenie metod elementów skończonych, umożliwiających projektowanie i optymalizację elementów mechanicznych i konstrukcyjnych samolotu. Rozwiązanie to może też być potencjalnie zastosowane przy projektowaniu produktów protetycznych, co potwierdza współpraca z firmą z tej branży.
Słowa kluczowe
Aerodynamika, model zastępczy, obliczeniowa dynamika płynów, samolot, ASOPBS, EOMC-CFD
