خودکار سازی طراحی هواپیما و بهینه سازی

بهینه سازی شکل هواپیما برای بهبود راندمان سوخت و کاهش سر و صدای آنها کاری است که به طور معمول توسط متخصصان بسیار ماهر با استفاده از ابزارهای دینامیک سیال محاسباتی با وفاداری بالا انجام می شود. راه اندازی سوئد Airiova به دنبال تغییر این مسئله است ، با این حال ، با استفاده از منابع ارائه شده توسط برنامه Prace Shape برای اتوماسیون کامل بخش هایی از فرآیند بهینه سازی.

Airiova در سال 2015 توسط تیمی از متخصصان KTH تأسیس شد ، یک شرکت نوپا است که راه حل های پیشرفته فناوری محاسباتی را برای طراحی هواپیماهای برش ، آیرودینامیک محاسباتی و بهینه سازی چند رشته ای ارائه می دهد. این در حال حاضر به طور فعال در پروژه های تحقیقاتی اروپا ، آموزش مهندسی و توسعه نرم افزار برای برنامه های هوافضا شرکت می کند.

تجزیه و تحلیل دینامیک سیال محاسباتی با وفاداری بالا (CFD) ابزاری اصلی برای طراحی و بهینه سازی هواپیماهای مدرن است اما به مهارت های ویژه ای در تولید مش و اجرای کد تجزیه و تحلیل نیاز دارد و استفاده از آن را فقط در مهارت بسیار بالا می برد. به همین ترتیب ، Airiova راه های انجام تجزیه و تحلیل CFD را بطور خودکار دنبال کرده است. این کار با ایجاد یک روش خودکار برای انجام تجزیه و تحلیل CFD مبتنی بر Navier-Stokes به طور متوسط رینولدز بر اساس هندسه های هواپیمای Water-Tight تعریف شده توسط پرونده های طراحی رایانه (CAD) یا استاندارد CPAC های نوظهور انجام می شود.

بیداری توجیهی تجسم شده ، با تصاویر برتر که جریان داده های نمونه اولیه اتوماسیون CFD را نشان می دهد که Airiova ارائه می دهد

تجزیه و تحلیل CFD خودکار این پتانسیل را دارد که در بسیاری از زمینه های صنعت طراحی حمل و نقل هوایی ، از جمله بهینه سازی شکل آیرودینامیکی و تدوین داده های هوایی برای شبیه سازی پرواز استفاده می شود. Mengmeng Zhang از Airiova اکنون دو پروژه شکل Prace را با محوریت اولین این موارد هدایت کرده است.

بهینه سازی شکل یک کار مهم در طراحی هواپیما است. هدف نهایی این فرآیند طراحی هواپیماهای سبک تر ، کارآمدتر و ساکت تر با کاهش درگ ، به ویژه در سرعت زیاد است. به منظور یافتن راه حل هایی که نه تنها به شکل پایه نزدیک هستند ، بلکه برای آشکار کردن بسیاری از شکل های کاندیداها ، روش های مربوط به تجزیه و تحلیل دینامیک سیال گران قیمت محاسباتی نیز باید اعمال شوند.

شبیه سازی CFD با وفاداری بالا ، مانند حل کننده های RANS با مدل های آشفتگی ، تعداد زیادی از منابع محاسباتی را به خود اختصاص می دهد. زمان محاسباتی (یعنی اجرای شبیه سازی ها چه مدت طول می کشد) یک عامل محدود کننده است که تعیین می کند آیا امکان انجام شبیه سازی در منابع محاسباتی موجود در زمان واقعی وجود دارد. برای انجام این کار در واقع امکان انجام چنین کارهای محاسباتی فشرده وجود دارد ، شبیه سازی ها باید به صورت موازی انجام شود ، که باعث کاهش کل زمان اجرا می شود و باعث می شود شبیه سازی ها هنگام اجرای روی منابع محاسباتی HighPerformance امکان پذیر شود.

در سالهای اخیر ، انستیتوی هوانوردی و فضانوردان آمریکا (AIAA) گروه بحث و گفتگوهای طراحی آیرودینامیکی (ADODG) مجموعه ای اساسی از موارد آزمایش معیار را برای اعمال روشهای بهینه سازی آیرودینامیکی به منظور برجسته کردن و مقایسه سهم خاص رویکردهای مختلف ایجاد کرده است. پروژه Airiova از Case IV Wing از این مدل تحقیق مشترک (CRM) برای آزمایش رویکرد اتوماتیک آنها استفاده کرد که از یک پارامتر سازی طراحی تا یک محاسبه CFD می رود.

کار از اولین دو پروژه شکل با استفاده از زیرساخت های تحقیقاتی Prace Resource-O Marenostrum در BSC ، اسپانیا و منابع Tier-1 Beskow در KTH-PDC ، سوئد انجام شد. این یک گام مهم در جهت امکان انجام کلیه فرآیندهای اصلی که به مهارت های ویژه نیاز دارند-از ایجاد مش تا اجرای کد آنالیز CFD با وفاداری بالا-به طور خودکار ارائه داده است. این امکان وجود دارد که این امر به یک زمینه گسترده تر از محققان و توسعه دهندگان مهندسی کمک کند تا هواپیماها را به روشی بسیار ساده تر و کارآمد تر طراحی کنند. فواید Airiova نیز بسیار عالی است. با استفاده از این فناوری ، دانش آموزان استاد آموزش دیده می توانند با استفاده از CFD با وفاداری بالا ، طراحی آیرودینامیکی را انجام دهند.

RANS MESH هواپیمای A320-Alike با Nacelles Engine مدل سازی شده ، که توسط نقطه از طریق اسکریپت های ماشینی اتوماتیک تولید می شود

در ادامه از اولین پروژه Prace Shape ، ژانگ و همکارانش همکاری خود را با مرکز PDC برای محاسبات با کارایی بالا در انستیتوی فناوری سلطنتی KTH (KTH-PDC) ادامه داده اند تا تجزیه و تحلیل عملکرد CFD CFD CODE SU2 را بررسی کنند ، وبرای توسعه بیشتر فرآیند اتوماسیون برای زمینه بهینه سازی و طراحی آیرودینامیکی. SU2 یک بسته تجزیه و تحلیل محاسباتی و طراحی است که برای حل کارهای تجزیه و تحلیل چند فیزیک و بهینه سازی با استفاده از توپولوژی های مش بدون ساختار توسعه یافته است. در این پروژه شکل دوم Prace ، محاسبات CFD با استفاده از منابع HPC از بین رفت و کد SU2 بر روی CRM قبلاً ذکر شده و همچنین یک جت منطقه ای (A320-Alike) مورد آزمایش قرار گرفت.

این پروژه دوم منجر به توسعه یک فرآیند اتوماسیون برای اجرای تجزیه و تحلیل CFD با وفاداری بالا از قالب هندسه معین شده است. این نشان داده است که اتوماسیون تجزیه و تحلیل CFD برای طراحی هواپیما هم مناسب است و هم با ارزش است. هدف نهایی فنی این تحقیق در حال انجام ، توسعه یک ادغام انعطاف پذیر و صاف کل فرآیند اتوماسیون در یک محیط طراحی MDO (بهینه سازی چند رشته ای) است. این می تواند منجر به انقلابی در بهینه سازی شکل هواپیما شود که امیدوارم به هواپیماهای آینده منجر شود که از سوخت کمتری استفاده می کنند و سر و صدای کمتری ایجاد می کنند.

عنوان پروژه: بهینه سازی سطح بالا در طراحی آیرودینامیکی

منابع اعطا شده عبارت بودند از:

این پروژه 100000 ساعت اصلی در Marenostrum به میزبانی BSC ، اسپانیا و 150 000 ساعت اصلی در Beskow به میزبانی KTH PDC ، سوئد اهدا شد.

زمینه تحقیق: دینامیک سیالات محاسباتی

منابع

• برای اطلاعات بیشتر به http://www. enccs. se/ مراجعه کنید