Dissertação

{pt_PT=Surrogate based Multidisciplinary Design Optimization of a VTOL aircraft} {} EVALUATED

{pt=Esta tese apresenta uma comparação entre uma otimização multidisciplinar (MDO), baseada em modelos de aproximação, e MDO usando funções reais de uma aeronave de asa fixa com capacidade de descolagem e aterragem vertical (VTOL) para Mobilidade Aérea Urbana (UAM). Durante a fase conceptual de projeto aeronáutico, é importante ter uma vasta exploração do espaço de projeto, usando modelos de várias disciplinas que precisam ser considerados para satisfazer os requisitos da missão. Modelos de aproximação são uma abordagem com potencial para explorar rapidamente o espaço de projeto. Desta maneira, nesta tese, é realizada uma comparação entre os resultados de uma MDO usando funções reais e os modelos aproximados dessas funções. Três abordagens principais para a otimização são realizadas: uma otimização usando as funções analíticas reais e as suas derivadas com o método adjoint; uma otimização baseada em modelos aproximados para a função objetivo e constrangimentos, usando a Surrogate Modeling Toolbox (SMT); e uma otimização baseada em amostragem adaptativa e critérios de preenchimento, como o critério de Watson e Barnes (WB2). Para comparar estas estratégias de otimização multidisciplinar, resolvidas com recurso à ferramenta OpenMDAO, um problema com o objectivo de minimizar a energia é definido para a aeronave VTOL, sendo as disciplinas de aerodinâmica e estruturas modeladas com recurso aos modelos de baixa fidelidade implementados no OpenAeroStruct (OAS). Inicialmente, apenas duas variáveis de projeto são utilizadas. São depois adicionadas mais variáveis ao problema, aumentando assim a complexidade do problema de otimização. , en=This thesis aims at evaluating surrogate based Multidisciplinary Design Optimization (MDO) strategies for designing an Urban Air Mobility (UAM) Vertical Take-Off and Landing (VTOL) aircraft. During the conceptual stages, it is important to have a vast exploration of the design space, using models for several disciplines that need to be considered regarding the mission requirements. Surrogate models are a potentially good approach to rapidly explore the design space. Therefore, in this work, a comparison between the results of a MDO using real functions and the surrogate models of these functions is provided. Three major strategies for the aircraft optimization are carried out: an optimization using the real, analytical functions and their derivatives with the adjoint method; a surrogate-based optimization where surrogate models for both the objective function and constraints are built, using the Surrogate Modeling Toolbox (SMT); and an optimization based on adaptive sampling and infill criteria such as the Watson and Barnes criterion (WB2). To compare these MDO strategies, an energy minimization problem is established for the VTOL aircraft as a case study in OpenMDAO, where aerodynamics and structures are modeled using the low-fidelity models provided in the OpenAeroStruct (OAS) framework. Initially, only two design variables are considered. Then, more design variables are added to the problem, and therefore increasing the complexity of the optimization problem. }
{pt=Otimização multidisciplinar, modelos aproximados, amostragem adaptativa, projeto aeronáutico, aeroestrutural, en=Multidisciplinary design optimization, surrogate models, adaptive sampling, aircraft design, aerostructural}

Maio 24, 2021, 17:0

Orientação

ORIENTADOR

Frederico José Prata Rente Reis Afonso

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar Convidado

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático