Optimisation de la conception d'un profil aérodynamique à l'aide du logiciel SU2 de l'Université de Stanford
Université de Stanford non structurée (SU2) est un ensemble d'outils open source écrits dans le langage de programmation C++. Conçu pour résoudre numériquement des problèmes impliquant des équations aux dérivées partielles (PDE), il est particulièrement adapté aux problèmes d'optimisation contraints par les PDE. Bien que la dynamique des fluides computationnelle (CFD) et l'optimisation de la forme aérodynamique aient joué un rôle déterminant dans le développement initial du code, elles se sont également révélées utiles dans plusieurs autres disciplines telles que l'électrodynamique, l'élasticité linéaire, le transfert de chaleur et les écoulements à réaction chimique. Le laboratoire de conception aérospatiale (ADL), du département d'aéronautique et d'astronautique de Stanford, développe activement SU2, et les contributions externes des autres sont encouragées via leur GitHub dépôt.
Les outils d'analyse informatique font partie intégrante de la recherche, de la conception et du développement de produits dans les environnements universitaires et commerciaux, en particulier dans l'industrie aérospatiale. Cependant, l'accès au code source de la plupart des codes établis et fiables est soit exclusif, soit d'un coût prohibitif, soit indisponible. De même, l’acquisition et la maintenance des ressources informatiques essentielles pour exécuter des simulations constituent un autre obstacle auquel sont confrontés les utilisateurs finaux. Pour aider à surmonter ce problème, le SU2 L'équipe fournit un solveur de flux open source, facile à utiliser et précis, tout en Redimensionner offre à ses clients une plate-forme informatique évolutive, à la demande et de classe entreprise, avec SU2 parmi leurs outils informatiques disponibles.
Pour démontrer SU2Grâce aux capacités d'optimisation de la forme aérodynamique de , nous avons effectué une optimisation de conception non visqueuse et contrainte par la portance afin de minimiser la traînée de pression pour un modèle d'aile ONERA M6 à demi-symétrie (Figures 1a et 1b).
L'aile ONERA M6 a été conçue en 1972 par le Département d'Aérodynamique de l'ONERA comme géométrie expérimentale pour l'étude des écoulements tridimensionnels à nombre de Reynolds élevé. Cette géométrie d'aile largement connue sert de modèle de référence pour valider de nouvelles méthodes numériques et CFD codes en raison de la disponibilité de données empiriques et de caractéristiques de flux intrigantes. Le maillage de surface du modèle d'analyse utilisé dans cette optimisation de conception est représenté.
Pression : P0 = 2116 lb / pi2
Température : T0 = 32 °F
Numéro de Mach : M0 = 0.8395
Angle d'attaque : α = 3.06°
Zone de référence : A = 8.16 pieds2
Coefficient de portance : CL ≥ 0.285
Dans la minimisation de la traînée, il convient de contraindre le coefficient de portance car la traînée induite est une composante substantielle de la traînée globale. Par conséquent, la traînée totale peut être réduite en réduisant simplement la portance. La solution procède en résolvant le problème d’écoulement direct, suivie de la solution du problème adjoint continu. Ensuite, le gradient de la fonction objectif (la traînée de pression dans cet exemple) est calculé par rapport au mouvement des points de contrôle ou des variables de conception. À chaque itération de conception, l'optimiseur pilote les changements de forme, en fonction des gradients calculés, afin de minimiser la fonction objectif prescrite et de maintenir la portance. Pour notre simulation, nous avons exécuté seize cycles de conception et observé les résultats, présentés dans les figures 3a, 3b et 4 ci-dessous.
Une comparaison des contours de pression sur la surface supérieure de l'aile est illustrée sur les figures 3a et 3b. La solution d'écoulement direct initiale est comparée aux résultats de l'itération finale de l'optimisation de forme. La forte augmentation de pression, associée à une deuxième onde de choc plus en aval du choc initial, a été presque éliminée. Un tracé du coefficient de traînée, CD, avec l'itération du cycle de conception, est illustré à la figure 4, soulignant comment la traînée de pression est réduite d'environ 0.0118 à 0.0089, soit une réduction de 24.6 %, au cours de l'optimisation de la forme.
Pour plus d’informations sur SU2, veuillez visiter le site Web de Stanford à l'adresse https://su2.stanford.edu. Une communauté d'utilisateurs active avec des commentaires directs de SU2Les développeurs de sont disponibles ici. Pour plus d’informations sur la configuration et l’exécution de SU2 sur Rescale, veuillez nous contacter au support@rescale.com.
