One-shot methods for aerodynamic shape optimization

Aachen (2014) [Doktorarbeit]

Seite(n): 171 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der aerodynamischen Formoptimierung anhand des One-Shot-Verfahrens, welches bei der Durchführung des Simulationsprozesses auf ein gleichzeitiges Erreichen der Optimalitätsbedingungen abzielt. Kombiniert mit der diskreten Adjungiertenmethode ermöglicht das One-Shot- Verfahren die Durchführung einer Formoptimierung mit einem Rechenaufwand, der nur ein kleines Vielfaches der Zeit für die einzelnen Strömungssimulation benötigt. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Präkonditionierungstechniken und Bedingungen untersucht, die die Kontraktivität der gekoppelten One-Shot Iteration sichern. Eine Analyse zur Quantifizierung der Verzögerungsrate, welche die Rechenaufwandsteigerung der Gesamtoptimierung im Hinblick auf einzelne Simulationen misst, wird dargestellt. Im Anschluss werden implementatorische Aspekte der aerodynamischen Entwurfs- und Optimierungskette und ein Überblick über allgemeine Parametrisierungstechniken geliefert. Verschiedene Methoden zur Berechnung der Sensitivitäten in Bezug auf Genauigkeit, Rechenaufwand und Robustheit werden untersucht und bewertet. Insbesondere die auf Automatischem Differenzieren (AD) basierende konsistente diskrete Adjungiertenmethode zeichnet sich durch Robustheit und Flexibilität aus und ermöglicht die exakte Berechnung der Sensitivitäten zu einem festen Rechenaufwand unabhängig von der Anzahl der Entwurfsparameter. Die Anwendung dieser Strategie sowie dafür eingesetzte AD-Techniken werden im Detail diskutiert. Darüber hinaus werden Strategien eingeführt und diskutiert, die die Laufzeit und den Speicherbedarf des adjungierten Lösers reduzieren. Im letzten Teil der Arbeit werden zunächst Validierungsergebnisse der entwickelten adjungierten Euler und Navier-Stokes Löser vorgestellt. Laufzeit- und Speicherbedarfmessungen für unterschiedliche Gitterstufen unterstreichen dabei die Effizienz der gewählten Methode. Anschließend werden Ergebnisse, die durch Anwendung des One-Shot-Verfahrens auf drei unterschiedliche Profiloptimierungsszenarien erzielt wurden, vorgestellt. Eine Vergleichsstudie zwischen der One-Shot Methode und einem klassischen Quasi-Newton-Verfahren wird durchgeführt, wobei Laufzeitmessungen die Effizienz des One-Shot-Verfahrens nachweisen.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Özkaya, Emre

Gutachterinnen und Gutachter

Gauger, Nicolas Ralph

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-51538
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-145074