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Diskret-Adjungierter aerodynamischer Formoptimierungsprozess am Beispiel eines getrimmten Transportflugzeugs mit aktivem Triebwerk

Merle, Andrei and Stück, Arthur and Rempke, Arne (2017) Diskret-Adjungierter aerodynamischer Formoptimierungsprozess am Beispiel eines getrimmten Transportflugzeugs mit aktivem Triebwerk. NAFEMS Online-Magazin, Zeitschrift für numerische Simulationsmethoden und angrenzende Gebiete (43), pp. 59-69. ISSN 2311-522X

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Official URL: https://www.nafems.org/downloads/magazin/43-nafems-online-magazin.pdf/

Abstract

Für die aerodynamische Formoptimierung eines freifliegenden, selbstangetriebenen Flugzeugs müssen die relevanten Steuerflächen und der Triebwerksschub berücksichtigt werden, um den gewünschten Flugzustand als Optimierungsnebenbedingung zu halten. In einem gradientenbasierten Optimierungsprozess finden daher neben dem Basis-RANS-Verfahren die Netzdeformation für Formänderungen und Bewegungen der Steuerflächen, die Triebwerksrandbehandlung und der numerische Trimmprozess Eingang in die Sensitivitätsanalyse. Die wesentlichen Bausteine des adjungierten Prozesses sind: (a) der diskret-adjungierte RANS-Löser TAU mit linearisierter Triebwerksrandbehandlung, (b) die adjungierte Netzdeformation entsprechend der Methode der linearen Elastizität, (c) die differenzierte Freiformdeformation zur Formparametrisierung sowie (d) ein auf einem Pseudo-Newton-Verfahren basiertes Trimm-Modul für die Berücksichtigung der Trimmnebenbedingungen. Der erste Teil des Artikels beschreibt den Aufbau einer gradientenbasierten Optimierungsprozesskette für eine implizit getrimmte, selbstangetriebene Flugzeugkonfiguration unter Berücksichtigung der Triebwerkswirkung. Der primal-duale Simulationsprozess bestehend aus den Bausteinen (a-d) ist in der modularen HPC-Plattform FlowSimulator realisiert, was einen annähernd I/O-freien Workflow ermöglicht. In der adjungierten Sensitivitätsanalyse werden die Zielfunktionsgradienten korrigiert, um die Trimmnebenbedingungen zu berücksichtigen. Im zweiten Teil des Artikels wird die skizzierte Prozesskette zunächst zur Widerstandsminimierung einer stark vereinfachten, getrimmten zweidimensionalen Flugzeugkonfiguration verwendet. Dabei werden zwei Strategien für die Einbehaltung der Trimmnebenbedingungen verglichen. Darauffolgend wird die Anwendbarkeit der Methode für die Optimierung einer generischen, dreidimensionalen Transportflugzeugkonfiguration im Reiseflug demonstriert.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/116366/
Document Type:Article
Title:Diskret-Adjungierter aerodynamischer Formoptimierungsprozess am Beispiel eines getrimmten Transportflugzeugs mit aktivem Triebwerk
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Merle, AndreiAndrei.Merle (at) dlr.deUNSPECIFIED
Stück, ArthurArthur.Stueck (at) dlr.deUNSPECIFIED
Rempke, ArneArne.Rempke (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:19 October 2017
Journal or Publication Title:NAFEMS Online-Magazin, Zeitschrift für numerische Simulationsmethoden und angrenzende Gebiete
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Page Range:pp. 59-69
Editors:
EditorsEmail
UNSPECIFIEDNAFEMS
ISSN:2311-522X
Status:Published
Keywords:RANS, Adjungierte, Optimierung, aktives Triebwerk
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:fixed-wing aircraft
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Simulation and Validation, L - VicToria
Location: Braunschweig
Institutes and Institutions:Institute for Aerodynamics and Flow Technology > CASE, BS
Deposited By: Merle, Andrei
Deposited On:06 Dec 2017 14:53
Last Modified:06 Dec 2017 14:53

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