Ανάπτυξη μεθόδων και λογισμικού για την πλήρως συζευγμένη αεροελαστική βελτιστοποίηση με χρήση της συζυγούς μεθόδου.

Abstract

Σε αυτήν τη μεταπτυχιακή εργασία αναπτύχθηκε η συνεχής συζυγής μέθοδος για περιπτώσεις πλήρως συζευγμένης αεροελαστικής βελτιστοποίησης και υλοποιήθηκε το αντίστοιχο λογισμικό. Αρχικά, αφού παρουσιάστηκε η εξαγωγή της εξίσωσης κατάστασης για το δομικό τμήμα του προβλήματος βελτιστοποίησης, αναπτύχθηκε η συνεχής συζυγής μέθοδος για περιπτώσεις δομικής βελτιστοποίησης και προγραμματίστηκε ο αντίστοιχος κώδικας, ο οποίος και πιστοποιήθηκε. Έπειτα, υλοποιήθηκε και πιστοποιήθηκε ένα λογισμικό στατικής αεροελαστικότητας το οποίο αποτελείται από έναν οικείο ρευστοδυναμικό επιλύτη των 3Δ εξισώσεων Euler της ΜΠΥΡ&Β και έναν επιλύτη δομικής μηχανικής που χρησιμοποιεί το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων δοκού που προγραμματίστηκε για το σκοπό αυτό.

Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε η συνεχής συζυγής μέθοδος για τον υπολογισμό των παραγώγων ευαισθησίας του προβλήματος πλήρους συζευγμένης αεροελαστικής βελτιστοποίησης, στο οποίο χρησιμοποιείται η μέθοδος της απότομης καθόδου. Στην ανάπτυξη της μεθόδου λαμβάνεται υπόψη η σύζευξη του ρευστοδυναμικού και του δομικού τμήματος τόσο στο πρωτεύον όσο και στο συζυγές πρόβλημα. Τέλος, υλοποιείται το ολοκληρωμένο λογισμικό πλήρως συζευγμένης αεροελαστικής βελτιστοποίησης, εφαρμόζεται σε περίπτωση αεροελαστικής βελτιστοποίησης μορφής προκειμένου να πιστοποιηθεί. Από τα αποτελέσματα που προκύπτουν, εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για την αξιοπιστία και τη σύγκλιση της συζυγούς μεθόδου.

Ιn this MSc. Thesis, the continuous adjoint method for fully coupled aeroelastic optimization cases was developed along with the relevant software. Initially, after the state equation derivation was presented for the structural part and the continuous adjoint method was developed for structural optimization cases, the relevant code was programmed and validated. Afterwards, a static aeroelastic software, which consists of a CFD 3D Euler equation solver by PCopt and a CSM solver using the beam FEM model, was implemented from scratch and validated.

Subsequently, the continuous adjoint method for the calculation of sensitivity derivatives of the fully coupled aeroelastic optimization problem, using the steepest descent method was developed. In the development of the continuous adjoint method, the coupling of the fluid and structural part, both for the primal and adjoint problems, was taken into consideration. Finally, the aeroelastic optimization software is programmed and tested in an aeroelastic shape optimization case and useful conclusions for the reliability and rapid convergence of the adjoint method were made.