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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 > Conceção Otimizada de Aeronaves

MEAer 2021 > MEAer 2021 > 2º Ciclo > Área Principal > Opções Aeroespacial > Opções Aeroespacial 2 > Conceção Otimizada de Aeronaves

Nível

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

Tipo

Não Estruturante

Regime

Semestral

Carga Horária

1º Semestre

Aula Teórica (T): 3.0 h/semana

Aula de Problemas (PB): 1.5 h/semana

Trabalho Autónomo: 105.0 h/semestre

Créditos ECTS:

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.