Überblick über die gemeinsame Entwicklung einer neuen CFD-Software von ONERA, DLR und Airbus

Abstract

Numerische Simulation ist eine entscheidende Schlüsseltechnologie für die vollständige digitale Beschreibung und den Entwurf von Luftfahrzeugen. Die Bereitstellung multi-disziplinärer Simulationswerkzeuge ist daher ein wesentliches Element auf dem Weg zum virtuellen Produkt, wie es im Leitkonzept LK6 der DLR-Luftfahrtforschung verfolgt wird. Die numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) nimmt innerhalb eines solchen Werkzeugs eine zentrale Rolle ein. Da hochgenaue Verfahren in dieser Fachdisziplin zu besonders hohem Rechenaufwand führen, ist die effiziente Nutzung aktueller und künftiger Hochleistungsrechencluster von entscheidender Bedeutung. Das DLR entwickelt zu diesem Zweck im Rahmen einer europäischen Kooperation zwischen Forschungseinrichtungen und Industriepartnern eine neue CFD-Software von ONERA, DLR und Airbus (CODA). Dieser Überblicksvortrag stellt einige der Grundprinzipien und weiteren Designtreiber der Software - neben der bereits erwähnten Nutzbarmachung von Hochleistungsrechnern - vor. So ist das Verfahren konsequent als Plugin in die multi-disziplinäre Prozessumgebung FlowSimulator eingebunden, um trotz Konzentration auf die Strömungssimulation komplexe gekoppelte Simulationsszenarien bedienen zu können. Das Verfahren arbeitet sowohl mit etablierten Finite-Volumen-Verfahren als auch mit moderneren Ansätzen höherer Ordnung auf Basis unstetiger Galerkin-Verfahren. Die räumliche Diskretisierung konzentriert sich auf den Einsatz unstrukturierter Rechennetze und unterstützt dabei durch die Nutzbarkeit hängender Knoten, polynomial berandeter Netze sowie generischer Polyeder wie auch durch die Behandlung von überlappenden Teilnetzbereichen eine hohe Bandbreite unterschiedlicher Vernetzungstechnologien. Mittels Anbindung an die Bibliothek für lineare Löser Spliss wird eine Bandbreite impliziter iterativer Lösungsverfahren für stationäre wie auch zeitgenau Simulationen unterstützt. Zusätzlich zu klassischen Zeitschrittverfahren wird dabei auch an der Umsetzung von Zeitspektralverfahren für die effiziente Berechnung periodischer Vorgänge gearbeitet. Neben dem Hauptanwendungsspektrum im transsonischen Strömungsbereich gibt es zudem Erweiterungen für sowohl sehr hohe Machzahlen als auch bis hin in den inkompressiblen Bereich. Weitere Schwerpunkte im Software Engineering sowie Grundzüge der kollaborativen Entwicklung und deren Planung finden im Vortrag ebenfalls Erwähnung.