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Sensor placement for optimal aerodynamic data fusion

Barklage, Alexander und Stradtner, Mario und Bekemeyer, Philipp (2024) Sensor placement for optimal aerodynamic data fusion. Aerospace Science and Technology, 155. Elsevier. doi: 10.1016/j.ast.2024.109598. ISSN 1270-9638.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.ast.2024.109598

Kurzfassung

Aircraft design is recently evolving towards a digital twin representation that involves many heterogeneous data sources. The aerodynamic development of aircraft usually incorporates data from computational fluid dynamics simulations, wind tunnel testing, and flight tests. All of these data sources have their advantages and disadvantages, which can optimally be combined using data fusion methods. However, the quality of the data fusion result strongly depends on the experimental design, i.e. the placement of discrete sensors. Therefore, an optimized sensor placement is essential for data fusion applications, as the number of sensors is limited. This work presents a sensor placement strategy for the widely used Gappy proper orthogonal decomposition data fusion methodology. The sensor placement relies on a Bayesian formulation of the data fusion, allowing accurate error estimates. Based on the Bayesian posterior, a utility function characterizes the quality of the fused result by quantifying the expected information gain for the proper orthogonal decomposition coefficients. As the optimization of the sensor locations involves a complex combinatorial problem, we introduce an efficient genetic algorithm for this task. The method is demonstrated on a two-dimensional airfoil and the NASA Common Research Model with synthetic measurement errors. For both test cases, an optimal sensor placement results in smaller reconstruction errors than a conventional layout. The Bayesian approach leads, in most cases, to more accurate reconstructions and is more versatile than other well-established sensor placement methods. The proposed genetic algorithm finds better optima with significantly fewer function evaluations than the widely used greedy algorithms.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206698/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Sensor placement for optimal aerodynamic data fusion
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Barklage, AlexanderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stradtner, MarioNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-8038-9420NICHT SPEZIFIZIERT
Bekemeyer, PhilippNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Aerospace Science and Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:155
DOI:10.1016/j.ast.2024.109598
Verlag:Elsevier
ISSN:1270-9638
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Sensor placement, data fusion, Computational Fluid Dynamics, Reduced order modeling
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Digitale Technologien
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > CASE, BS
Hinterlegt von: Barklage, Alexander
Hinterlegt am:24 Okt 2024 11:23
Letzte Änderung:24 Okt 2024 11:23

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