Dissertação

{en_GB=Supersonic and transonic adjoint-based optimization of airfoils} {} EVALUATED

{pt=Uma metodologia de otimização de formas aerodinâmica de alta fidelidade, robusta e eficiente, para otimizar perfis aerodinâmicos foi desenvolvida, recorrendo a plataformas de código aberto para simulações computacionais de dinâmica de fluidos. Os códigos integrados foram: SALOME para geração de malha, SU2 para otimização da forma aerodinâmica e ParaView para o pós-processamento. Foram considerados dois métodos de parametrização geométrica: o método Hicks-Henne e o Free-Form Deformation (FFD). Todos os casos de otimização foram investigados usando o método adjunto e um otimizador baseado em gradientes. O primeiro caso consiste na minimização da resistência aerodinâmica do perfil RAE 2822 em escoamento transónico viscoso sujeito aos constrangimentos de sustentação, momento de picada e área. Resultados semelhantes aos encontrados na literatura em termos de coeficiente de resistência aerodinâmica e custo computacional foram obtidos mostrando a aplicabilidade da metodologia. O segundo caso consiste em maximizar o coeficiente de planeio do perfil NACA 0012 a zero graus de ângulo de ataque em condições invíscidas para regimes transónico e supersónico. Utilizando o método FFD foi definida uma caixa adequada onde o número de pontos de controlo foi variado. No método Hicks-Henne foi analisado o parâmetro de controlo de largura das perturbações e o número de funções. Relativamente ao número de variáveis de projeto, o mesmo comportamento foi encontrado: aumento do coeficiente de planeio e custo computacional. Ambos os métodos foram capazes de aumentar a diferença de pressão para aumentar a sustentação, o que combinado com uma redução de área resultou num aumento coeficiente de planeio., en=A robust and efficient high-fidelity aerodynamic shape optimization (ASO) methodology for airfoil shape optimization resorting to open-source platforms for computational fluid dynamics simulations was developed. This framework integrates open source codes: SALOME for the mesh generation; SU2 software for the aerodynamic shape optimization; and ParaView for post-processing. Two geometry parametrization methods, Hicks-Henne and Free-Form Deformation (FFD) methods are considered. All optimizations were performed using the adjoint method to compute sensitivities. The first case-study is a benchmark case which consists in drag minimization of the RAE 2822 airfoil in transonic viscous flow subject to lift, pitching moment and area constraints. Similar results to those found in the literature in terms of drag coefficient and computational cost were obtained showing the capability of the implemented ASO framework. In the second case-study, the aim was to maximize the lift to drag ratio starting with a NACA 0012 airfoil at zero degrees of angle of attack in inviscid conditions for two flow regimes (transonic and supersonic). For the FFD method a suitable definition of the box was set and the number of control points was allowed to change, while for the Hicks-Henne method both width bump control parameter and number of bump functions were analyzed. Regarding the number of design variables, the same behavior was found: increase of the lift to drag ratio and computational cost. In overall, they were able to increase pressure difference to increase lift which combined with an area reduction resulted in lift to drag ratio increase.}
{pt=Otimização de Perfis Alares, Métodos Paramétricos, Dinâmica de Fluidos Computacional, Método Adjunto, en=Airfoil Shape Optimization, Parameterization Methods, Computation Fluid Dynamics, Adjoint Method}

Novembro 15, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Frederico José Prata Rente Reis Afonso

Área Científica de Mecânica Aplicada e Aeroespacial (MAA)

ORIENTADOR

Fernando José Parracho Lau

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado