Stanford University 소프트웨어 SU2를 사용한 익형 설계 최적화

su2
스탠포드 대학교 비구조화(SU)2)은 C++ 프로그래밍 언어로 작성된 오픈 소스 도구 세트입니다. 편미분 방정식(PDE)과 관련된 문제를 수치적으로 풀도록 설계되었으며, PDE 제약이 있는 최적화 문제에 특히 적합합니다. 전산유체역학(CFD)과 공기역학적 형상 최적화는 코드의 초기 개발을 주도하는 데 영향을 미쳤지만 전기역학, 선형 탄성, 열 전달, 화학적 반응 흐름과 같은 여러 다른 분야에서도 유용한 것으로 입증되었습니다. 스탠포드 항공우주학과 산하 항공우주설계연구소(ADL)에서는 SU를 적극적으로 개발하고 있다.2, 그리고 다른 사람들의 외부 기여는 다음을 통해 장려됩니다. GitHub의 저장소.
전산 분석 도구는 학계와 상업 환경, 특히 항공우주 산업의 연구, 설계 및 제품 개발에 필수적인 부분입니다. 그러나 대부분의 확립되고 신뢰할 수 있는 코드에 대한 소스 코드에 대한 액세스는 독점적이거나 엄청나게 비싸거나 다른 방식으로 사용할 수 없습니다. 마찬가지로, 시뮬레이션을 실행하는 데 필수적인 컴퓨팅 리소스를 조달하고 유지하는 것은 최종 사용자가 직면한 또 다른 장벽입니다. 이 문제를 극복하기 위해 SU는2 팀은 사용하기 쉽고 정확한 오픈 소스 흐름 솔버를 제공합니다. Rescale SU를 통해 고객에게 확장 가능한 온디맨드 엔터프라이즈급 컴퓨팅 플랫폼을 제공합니다.2 사용 가능한 계산 도구 중 하나입니다.
SU를 시연하기 위해2의 공기역학적 형상 최적화 기능을 활용하여 반 대칭 ONERA M6 날개 모델(그림 1a 및 1b)에 대한 압력 항력을 최소화하기 위해 점성, 양력 구속 설계 최적화를 실행했습니다.

 

그림 1a: ONERA M6 분석 도메인
그림 1b: ONERA M6 분석 모델

ONERA M6 날개는 1972년 ONERA 공기역학 부서에서 XNUMX차원의 높은 레이놀즈 수 흐름을 연구하기 위한 실험 기하학으로 설계되었습니다. 널리 알려진 이 날개 형상은 새로운 수치 방법을 검증하기 위한 참조 모델 역할을 하며 CFD 경험적 데이터의 가용성과 흥미로운 흐름 기능으로 인해 코드가 생성됩니다. 이 설계 최적화에 사용된 해석 모델 표면 메쉬가 표시됩니다.

설계 과정의 목적은 항력 계수(C)를 최소화하는 것이었습니다.D) 날개 폭을 따라 에어포일 단면의 모양을 변경함으로써 가능합니다. 제어점 집합은 날개 윗면에 수직인 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 설계 변수로 정의되었습니다. 또한 시뮬레이션을 관리하기 위해 다음과 같이 일련의 조건이 규정되었습니다.
압력: P0 = 2116 파운드 / 피트2
온도: T0 = 32°F
마하수: M0 = 0.8395
공격 각도: α = 3.06°
참조 영역: A = 8.16피트2
리프트 계수: CL ≥ 0.285
항력 최소화에서는 유도 항력이 전체 항력의 중요한 구성 요소이므로 양력 계수를 제한하는 것이 적절합니다. 따라서 단순히 양력을 줄임으로써 전체 항력을 줄일 수 있습니다. 해결 방법은 직접 흐름 문제를 해결한 후 연속 수반 문제를 해결하는 방식으로 진행됩니다. 다음으로 목적 함수(이 예에서는 압력 항력)에 대한 기울기가 제어점 또는 설계 변수의 이동과 관련하여 계산됩니다. 각 설계 반복에서 최적화 프로그램은 계산된 기울기를 기반으로 모양 변경을 유도하여 규정된 목적 함수를 최소화하고 리프트를 유지합니다. 시뮬레이션을 위해 우리는 3개의 설계 주기를 실행하고 아래 그림 3a, 4b 및 XNUMX에 강조 표시된 결과를 관찰했습니다.
초기_cp_윤곽
그림 3b: OM6 최종 압력 윤곽
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상부 날개 표면의 압력 윤곽 비교는 그림 3a 및 3b에 나와 있습니다. 초기 직접 흐름 솔루션은 형상 최적화의 최종 반복 결과와 비교됩니다. 초기 충격의 더 하류에 있는 두 번째 충격파와 관련된 급격한 압력 상승은 거의 제거되었습니다. 항력 계수 C의 플롯D, 설계 주기 반복이 그림 4에 표시되어 있으며 형상 최적화 과정에서 압력 항력이 대략 0.0118에서 0.0089로 어떻게 감소하는지(24.6% 감소)를 강조합니다.

CD_역사
그림 4: OM6 항력 계수, CD, 형상 최적화 기록

SU에 대한 자세한 내용은2, Stanford 웹사이트를 방문하십시오. https://su2.stanford.edu. SU로부터 직접적인 피드백을 받는 활성 사용자 커뮤니티2님의 개발자가 사용 가능합니다. 여기에서 지금 확인해 보세요.. SU 설정 및 실행에 관한 정보2 Rescale에 대해서는 다음 주소로 문의해 주세요. support@rescale.com.

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