Disciplina

Concepção Optimizada de Aeronaves

Área

Área Científica de Mecânica Aplicada e Aeroespacial > Mecânica Aeroespacial

Activa nos planos curriculares

MEAer 2017 > MEAer 2017 > 2º Ciclo > Especializações > Espaço > Opções > Opções 9º Semestre > Concepção Optimizada de Aeronaves

Nível

Dois trabalhos (20%+20%) e projecto final (60%).

Tipo

Não Estruturante

Regime

Semestral

Carga Horária

1º Semestre

3.0 h/semana

1.5 h/semana

105.0 h/semestre

Objectivos

Esta unidade curricular aborda os aspectos fundamentais de concepção optimizada de aeronaves utilizando ferramentas numéricas. A multidisciplinaridade em projecto aeronáutico é discutida e o conceito de projecto óptimo é introduzido. Uma revisão de métodos de optimização é apresentada, com enfase nos métodos baseados em gradientes, seguida de uma comparação de abordagens de projecto óptimo multidisciplinar. A importância da formulação de problemas de optimização, a escolha apropriada de fidelidade dos modelos de cada disciplina e a identificação do acoplamento entre elas é discutida. Exemplos numéricos de optimização aerodinâmica, estrutural e aeroestrutural fornecem ao estudante uma visão não só da importância da escolha das variáveis de projecto, objectivo e constrangimentos, mas também do impacto físico no desempenho da aeronave. O objectivo desta unidade curricular é fornecer ao estudante uma compreensão de como podem problemas complexos multidisciplinares serem abordados numericamente, em particular em projecto aeronáutico, num ambiente de optimização.

Programa

1. Introdução à Concepção Optimizada de Aeronaves: perspectiva histórica. 2. Investigação operacional: terminologia, definição e classificação de problemas de optimização. Importância de acoplamento de disciplinas, optimização em engenharia e aplicações aeroespaciais. 3. Optimização com gradientes: métodos de minimização não-constrangida e constrangida; conceitos básicos: gradiente e hessiana, condições de optimalidade, direcção de busca e comprimento de passo. Métodos de penalidade e barreira. 4. Métodos de análise de sensibilidade: diferenciação analítica e simbólica, diferenças finitas, derivadas de passo complexo, diferenciação algorítmica, métodos semi-analíticos. 5. Optimização sem gradientes. Métodos heurísticos: métodos de população, métodos de trajectória; meta-heurísticas hibridas. 6. Modelos de aproximação: projecto de experiências; amostragem; construção, selecção e validação de modelos. Optimização de multi-fidelidade: estratégias de aproximação, modelos de baixa- e alta-fidelidade. 7. Introdução a MDO: estratégias para sistemas de engenharia complexos; abordagem formal; nomenclatura; análise multidisciplinar (MDA); riscos de abordagem sequencial. Classificação e comparação de arquitecturas MDO. 8. Interacção fluido-estrutura, aeroelasticidade e aeroservoelasticidade. Introdução aos programas de MDO “OpenMDAO e de optimização aeroestrutural “OpenAeroStruct”. 9. Projecto final: projecto conceptual de aeronave. Equações governantes. Formulação do problema: definição das funções objectivo e constrangimentos e identificação das variáveis de projecto. Selecção do método de optimização e arquitectura. Estudos de compromisso.

Metodologia de avaliação

Dois trabalhos (20%+20%) e projecto final (60%).

Bibliografia

Principal

Aircraft Optimal Design

André C. Marta

2017

MSc course notes 2017


Secundária

Aircraft Design: A Conceptual Approach

Daniel P. Raymer

2012

AIAA, ISBN: 1600869114


Multidisciplinary Design Optimization of Aircrafts

André C. Marta

2015

PhD course notes


Numerical Optimization

Jorge Nocedal and Stephen J. Wright

2006

Springer, ISBN: 0387303030.


Multidisciplinary design optimization: A survey of architecture

Joaquim R. R. A. Martins and Andrew B. Lambe

2013

AIAA Journal, 51(9):2049–2075


OpenAeroStruct: An open-source tool to perform aerostructural optimization

J. P. Jasa and J. T. Hwang

2017

Report Univ.Michigan