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System Architecture Optimization: An Open Source Multidisciplinary Aircraft Jet Engine Architecting Problem

Bussemaker, Jasper und De Smedt, Thibault und La Rocca, Gianfranco und Ciampa, Pier Davide und Nagel, Björn (2021) System Architecture Optimization: An Open Source Multidisciplinary Aircraft Jet Engine Architecting Problem. In: AIAA Aviation and Aeronautics Forum and Exposition, AIAA AVIATION Forum 2021. AIAA AVIATION 2021 Forum, 2021-08-02 - 2021-08-06, Virtual Event. doi: 10.2514/6.2021-3078. ISBN 978-162410610-1.

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6MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.2514/6.2021-3078

Kurzfassung

Decisions regarding the system architecture are important and taken early in the design process, however suffer from large design spaces and expert bias. Systematic design space exploration techniques, like optimization, can be applied to system architecting. Realistic engineering benchmark problems are needed to enable development of optimization algorithms that can successfully solve these black-box, hierarchical, mixed-discrete, multi-objective architecture optimization problems. Such benchmark problems support the development of more capable optimization algorithms, more suitable methods for modeling system architecture design space, and educating engineers and other stakeholders on system architecture optimization in general. In this paper, an engine architecting benchmark problem is presented that exhibits all this behavior and is based on the open-source simulation tools pyCycle and OpenMDAO. Next to thermodynamic cycle analysis, the proposed benchmark problem includes modules for the estimation of engine weight, length, diameter, noise and NOx emissions. The problem is defined using modular interfaces, allowing to tune the complexity of the problem, by varying the number of design variables, objectives and constraints. The benchmark problem is validated by comparing to pyCycle example cases and existing engine performance data, and demonstrated using both a simple and a realistic problem formulation, solved using the multi-objective NSGA-II algorithm. It is shown that realistic results can be obtained, even though the design space is subject to hidden constraints due to the engine evaluation not converging for all design points.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143455/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:System Architecture Optimization: An Open Source Multidisciplinary Aircraft Jet Engine Architecting Problem
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bussemaker, JasperJasper.Bussemaker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5421-6419NICHT SPEZIFIZIERT
De Smedt, Thibaultthibault.desmedt (at) me.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
La Rocca, Gianfrancog.larocca (at) tudelft.nlNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ciampa, Pier DavidePier.Ciampa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1652-4899NICHT SPEZIFIZIERT
Nagel, BjörnBjoern.Nagel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Juli 2021
Erschienen in:AIAA Aviation and Aeronautics Forum and Exposition, AIAA AVIATION Forum 2021
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2021-3078
ISBN:978-162410610-1
Status:veröffentlicht
Stichwörter:mbse, mdo, system architecting, jet engine design
Veranstaltungstitel:AIAA AVIATION 2021 Forum
Veranstaltungsort:Virtual Event
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:2 August 2021
Veranstaltungsende:6 August 2021
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung, L - Digitale Technologien
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt > Flugzeugentwurf und Systemintegration
Hinterlegt von: Bussemaker, Jasper
Hinterlegt am:10 Aug 2021 07:13
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:43

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