Συμβολή στην αεροδυναμική βελτιστοποίηση αγωνιστικού μονοθέσιου FSAE μέσω OpenFOAM και συνεχών συζυγών μεθόδων

Τσιολάκης, Βασίλειος; Tsiolakis, Vasileios

dc.contributor.author	Τσιολάκης, Βασίλειος	el
dc.contributor.author	Tsiolakis, Vasileios	en
dc.date.accessioned	2015-11-13T12:15:56Z
dc.date.available	2015-11-13T12:15:56Z
dc.date.issued	2015-11-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41574
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9894
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Aerodynamic optimization	en
dc.subject	Αγωνιστικά	el
dc.subject	Συζυγείς	el
dc.subject	Μονοθέσια	el
dc.subject	Race	en
dc.subject	Car	en
dc.subject	Adjoint	en
dc.title	Συμβολή στην αεροδυναμική βελτιστοποίηση αγωνιστικού μονοθέσιου FSAE μέσω OpenFOAM και συνεχών συζυγών μεθόδων	el
dc.title	Contribution to the aerodynamic optimization of an FSAE race car using OpenFOAM and continuous adjoint methods	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Aerodynamic optimization	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-23
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσαρμογή υπάρχουσας μεθόδου (και λογισμικού) για το σχεδιασμό-βελτιστοποίηση αεροδυναμικών μορφών που αναπτύχθηκε στη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του Εργαστηρίου Θερμικών Στροβιλομηχανών (ΜΠΥΡ& Β/ΕΘΣ) του ΕΜΠ και τη χρήση της για τον αεροδυναμικό σχεδιασμό - βελτιστοποίηση ενός αγωνιστικού μονοθέσιου τύπου FSAE. Το FSAE είναι ένας διεθνής φοιτητικός διαγωνισμός σχεδιασμού αγωνιστικών μονοθέσιων. Τα μονοθέσια αυτά κατασκευάζονται και συμμετέχουν (οδηγούμενα από σπουδαστές) σε δυναμικά και στατικά αγωνίσματα, βάσει των οποίων κρίνονται ως προς τις επιδόσεις τους και πολλά επιπλέον χαρακτηριστικά τους. Συνεπώς, υπάρχει μεγάλος αριθμός κανονισμών που στοχεύουν στην ασφάλεια των συμμετεχόντων. Αυτό ισοδυναμεί με πολλούς περιορισμούς που πρέπει να ικανοποιούνται καθ’ όλη τη διαδικασία σχεδιασμού και βελτιστοποίησης. Η διπλωματική αυτή εργασία περιλαμβάνει μια εκτενή παρουσίαση των δράσεων της ομάδας FSAE, Prom Racing, με έδρα το ΕΜΠ. Έμφαση θα δοθεί στη συμμετοχή του γράφοντος, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τον αεροδυναμικό σχεδιασμό του μονοθέσιου. Παρουσιάζεται η τρέχουσα μορφή του μονοθέσιου, τα βήματα αεροδυναμικού σχεδιασμού για να προκύψει αυτή καθώς και οι διαδικασίες βελτιστοποίησης που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας. Συγκεκριμένα, η προσπάθεια στοχεύει στη βελτιστοποίηση του σχήματος όλων των αεροδυναμικών συσκευών, δηλαδή της μπροστά και πίσω πτέρυγας, του πατώματος και του αποκλίνοντος ακροφύσιου, αλλά και του συνόλου των καλυμμάτων που σχεδιάστηκαν, τα οποία έχουν λειτουργικό ρόλο (καλύμματα ψυγείων, κινητήρα, εμπρόσθιας προστατευτικής διάταξης). Συνολικός στόχος είναι η αύξησης της παραγόμενης κάθετης δύναμης, με παράλληλη μείωση της οπισθέλκουσας. Βασικό εργαλείο ανάπτυξης ήταν το ανοιχτό λογισμικό OpenFOAM και βασικό εργαλείο βελτιστοποίησης, το λογισμικό συνεχών συζυγών μεθόδων (continuous adjoint methods) για ασυμπίεστη τυρβώδη ροή που έχει αναπτύξει η ΜΠΥΡ& Β/ΕΘΣ του ΕΜΠ σε περιβάλλον OpenFOAM. Η συνεχής συζυγής μέθοδος υπολογίζει τις παραγώγους ευαισθησίας και επιστρέφει τον χάρτη ευαισθησίας. Δηλαδή, το «χρωματισμό» των επιφανειών του μονοθέσιου που δείχνουν την ένταση της παραγώγου της αντικειμενικής συνάρτησης (στην προκειμένη της κάθετης δύναμης, της οπισθέλκουσας και του λόγου τους, ανάλογα με την εφαρμογή) ως προς την κάθετη μετατόπιση κάθε σημείου της επιφάνειας του μονοθέσιου. Με βάση αυτήν την πληροφορία, έγιναν τροποποιήσεις στη μορφή των τμημάτων που αναφέρονται παραπάνω. Διερευνήθηκαν εναλλακτικές μορφές του σχεδιασμού και κατά πόσο αποτελούν βελτίωση του αρχικού. Δεν υλοποιήθηκε αυτόματος βρόχος βελτιστοποίησης, καθώς θα έπρεπε να ληφθούν υπόψη πολλοί περιορισμοί.	el
heal.abstract	This diploma thesis aims at the adaptation of an existing method for the design-optimization of aerodynamic shapes, developed by the Parallel CFD & Optimization Unit of the Lab. of Thermal Turbomachinery (PCOpt/LTT) of NTUA and its use in a series of steps for the aerodynamic design-optimization of an FSAE race car. FSAE is an international student design competition. Student teams design and build a race car. Then, this race car competes in a series of both dynamic and static events being rated according to its performance. The drivers are also students, meaning that there is a large set of rules aiming at the safety of the participants. These rules translate to limitations that need to be met during the design process as well as the optimization. This diploma thesis consists of a detailed presentation of the NTUA FSAE team’s, Prom Racing, ventures. Attention is paid to the participation of the writer, who is responsible for the aerodynamic design of the race car. The present form of the race car will be presented along with the aerodynamic design steps that were taken in order to come to that result and the optimization procedures that took place in the context of this diploma thesis. More specifically, this effort aims at the optimization of the shape of each aerodynamic device, meaning the front and rear wings, the underbody and the diffuser, but also all the lids and covers that have some functional role (sidepods, engine cover, frontal crash structure cover). The general goal is to increase produced downforce while lowering the drag. Basic development tool is the open source software OpenFOAM and basic optimization tool is the continuous adjoint methods software for incompressible, turbulent flow developed by the PCOpt/LTT of NTUA in the OpenFOAM environment. The continuous adjoint method computes the sensitivity derivatives and returns the sensitivity map. This is a surface plot that “paints” all of the car’s surfaces in accordance to the intensity of the derivative of the objective function (in this case the downforce, the drag and the ratio of the above, depending on the case) with respect to the perpendicular displacement of each point of the car’s surface. Based on this information, modifications were made on the shape of each part mentioned above. Alternative design shapes were tested and valued based on whether they improved on the starting design. No automated loop was formed, due to the great number of restrictions.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	118 σ.
heal.fullTextAvailability	true