Designoptimierung eines Tragflächenprofils mit der Software SU2 der Stanford University
Stanford University Unstrukturiert (SU2) ist ein Open-Source-Toolkit in der Programmiersprache C++. Es wurde für die numerische Lösung von Problemen mit partiellen Differentialgleichungen (PDEs) entwickelt und eignet sich besonders für Optimierungsprobleme mit PDE-Beschränkungen. Während Computational Fluid Dynamics (CFD) und aerodynamische Formoptimierung die frühe Entwicklung des Codes maßgeblich beeinflussten, hat er sich auch in anderen Disziplinen wie Elektrodynamik, linearer Elastizität, Wärmeübertragung und chemisch reagierenden Strömungen als nützlich erwiesen. Das Aerospace Design Laboratory (ADL) der Stanford-Fakultät für Luft- und Raumfahrt entwickelt SU aktiv weiter.2und externe Beiträge von anderen werden über ihre GitHub Repository.
Computergestützte Analysetools sind ein integraler Bestandteil von Forschung, Design und Produktentwicklung im akademischen und kommerziellen Umfeld – insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Der Zugriff auf den Quellcode der meisten etablierten und zuverlässigen Codes ist jedoch entweder proprietär, unerschwinglich teuer oder anderweitig nicht verfügbar. Auch die Beschaffung und Wartung der notwendigen Rechenressourcen für Simulationen stellt eine weitere Hürde für Endnutzer dar. Um dieses Problem zu lösen, bietet die SU2 Das Team bietet einen Open-Source-, benutzerfreundlichen und genauen Strömungslöser, während Neu skalieren bietet seinen Kunden eine skalierbare, On-Demand-Computing-Plattform der Enterprise-Klasse mit SU2 zu ihren verfügbaren Rechenwerkzeugen.
Um SU zu demonstrieren2Um die Möglichkeiten zur aerodynamischen Formoptimierung zu nutzen, haben wir eine reibungsfreie, auftriebsbeschränkte Designoptimierung durchgeführt, um den Druckwiderstand für ein halbsymmetrisches ONERA M6-Flügelmodell zu minimieren (Abbildungen 1a und 1b).
Der ONERA M6-Flügel wurde 1972 von der Aerodynamikabteilung des ONERA als experimentelle Geometrie zur Untersuchung dreidimensionaler Strömungen mit hoher Reynoldszahl entwickelt. Diese weithin bekannte Flügelgeometrie dient als Referenzmodell für die Validierung neuer numerischer Methoden und CFD Codes aufgrund der Verfügbarkeit empirischer Daten und faszinierender Strömungsmerkmale. Das bei dieser Designoptimierung verwendete Oberflächennetz des Analysemodells ist dargestellt.
Druck: P0 = 2116 lb / ft2
Temperatur: T0 = 32 ° F
Mach-Zahl: M0 = 0.8395
Anstellwinkel: α = 3.06°
Referenzfläche: A = 8.16 Fuß2
Auftriebskoeffizient: CL ≥ 0.285
Bei der Widerstandsminimierung ist es sinnvoll, den Auftriebskoeffizienten zu beschränken, da der induzierte Widerstand einen wesentlichen Bestandteil des Gesamtwiderstands ausmacht. Der Gesamtwiderstand kann daher durch einfache Reduzierung des Auftriebs verringert werden. Die Lösung beginnt mit der Lösung des direkten Strömungsproblems und anschließend des kontinuierlichen Adjungiertenproblems. Anschließend wird der Gradient der Zielfunktion – in diesem Beispiel der Druckwiderstand – in Bezug auf die Bewegung der Kontrollpunkte oder Designvariablen berechnet. Bei jeder Designiteration steuert der Optimierer die Formänderungen basierend auf den berechneten Gradienten, um die vorgegebene Zielfunktion zu minimieren und den Auftrieb aufrechtzuerhalten. Für unsere Simulation führten wir sechzehn Designzyklen durch und beobachteten die Ergebnisse, die in den Abbildungen 3a, 3b und 4 unten hervorgehoben sind.
Ein Vergleich der Druckkonturen auf der Flügeloberseite ist in den Abbildungen 3a und 3b dargestellt. Die anfängliche Direktströmungslösung wird mit den Ergebnissen der letzten Iteration der Formoptimierung verglichen. Der starke Druckanstieg, der mit einer zweiten Stoßwelle weiter stromabwärts der ersten Stoßwelle einhergeht, wurde nahezu eliminiert. Eine Darstellung des Widerstandskoeffizienten CD, mit Designzyklus-Iteration ist in Abbildung 4 dargestellt und verdeutlicht, wie der Druckwiderstand im Verlauf der Formoptimierung von etwa 0.0118 auf 0.0089 – eine Reduzierung um 24.6 % – reduziert wird.
Weitere Informationen zu SU2, besuchen Sie bitte die Website von Stanford unter https://su2.stanford.edu. Eine aktive Benutzergemeinschaft mit direktem Feedback von SU2's Entwickler ist verfügbar werden auf dieser Seite erläutert. Informationen zum Einrichten und Ausführen von SU2 zu Rescale, kontaktieren Sie uns bitte unter support@rescale.com.
