Какие алгоритмы построения крыла + оптимизация CFD наиболее востребованы?

[zerganalizer 597]

Всем привет!

 

Мне предлагают заняться построениями крыла, профилями с возможностью оптимизации построений по результатам CFD-анализов. Отсюда возникает задача создать методику (алгоритм) проектирования крыла, профилей и связь всей этой параметрики с CFD-анализами.

 

Однако я увидел немало специального ПО, которое давно это делает, разными способами. Из недавних - LS-TECHNOLOGIES - сделала всё, что нужно, но в среде Flypoint Parametrica. Наверное, в каждой CFD есть ядро для построения геометрии, CFD-модуль и оптимизаторы, с возможностью деформации построенной геометрии для улучшения обтекания. Также есть возможности при моделировании параметров потока подгонять "болванку" кривой профиля под параметры потока, получая геометрию профиля "генеративно", под поток.

 

Я могу назвать ещё кучу ПО, пытающегося решить задачу построения профилей и крыльев на их основе под нужные параметры потока и обтекания, подобное есть даже в опробованном мною XFLR5 с его примитивными панельными методами расчёта, но...

 

Меня всё ещё гложет идея, что крыло с его профилями можно описать единым математико-поисковым алгоритмом, наподобие моего конфигуратора крыла (нуждается в создании нескольких версий под другие условия задачи) + конфигуратор профиля.

 

Отсюда я хочу снова обсудить тему создания наиболее оптимальных алгоритмов и методик построения крыла, как обсуждал это с аэродинамиками в ЦАГИ лет 15 назад для создания чего-то вроде приложения, решающего эту задачу. Тогда я в-целом ухватил их пожелания, и алгоритм в-целом выглядел так:

 

1. Аэродинамик выбирает компоновку крыла, "рисуя" образующие крыла в плане, галку поперечного "V" и набор специально подобранных профилей (из альманахов с точками), которые надо расставить по размаху где-то по характерным местам на образующих в плане, например, на изломе крыла и т.п. На основе этих данных уже понятно общее назначение ЛА и его характеристик.

2. В ЦАГИ расставленные профили поворачивали в каждой позиции по размаху на углы крутки каждого и двигали вверх-вниз, оптимизируя проложенные по носикам/хвостикам соединяющие сплайны для получения передней/задней образующих крыла. У меня своё решение на этот счёт, которое создаёт образующие однозначно на базе описанных выше исходных данных.

 

Тут я сделаю отступление от списка - аэродинамик, руководивший моими разработками, подбирал профили под свою компоновку с нужными характеристиками - camber positions, строительная толщина, Re и т.п. Это нужно, чтобы проектируемый лонжерон проходил как минимум вблизи положения максимальной строительной толщины каждого профиля по размаху крыла.

 

А ещё - так как скорость потока воздуха вдоль крыла примерно постоянная, а хорда всё меньше по размаху - число Re растёт для профилей с мЕньшей хордой, откуда профили надо подбирать под вычисленное Re каждого профиля. Плюс к этому - профиль крыла под такой увеличенный Re имеет свои особенности, например, у более "скоростных" профилей обычно camber position больше. Отсюда если аэродинамик хочет, чтобы ПРЯМОЙ лонжерон прошёл через camber positions, или максимальные строительные высоты всех профилей, кривые в плане нужно подгонять под выбранные профили, и положение лонжерона тоже. А, ЕМНИП, лонжерон должен пройти через центр масс ЛА, откуда возникает задача многокритериальной оптимизации крыла, профилей и геометрии ЛА в-целом.

 

Отсюда возникает идея не ставить готовые профили по размаху из альбомов с точками, а генерировать по месту, под заказ. А чтобы сгенерированный профиль отвечал всем требованиям, нужна оптимизация каждого под рассчитанный Re для "попадания его максимального аэродинамического качества в требуемый диапазон Re при выбранном camber position". А этот самый camber position будет не произвольный, а диктоваться прохождением лонжерона по размаху крыла и его прямолинейностью.

 

Собственно, я начинал заниматься конфигуратором профиля именно под эту задачу - генерации оптимального крыла по месту, чтобы не искать ближайший подходящий из известных. А далее - снова к списку:

 

3. Полученное крыло продувается CFD и оптимизируется методами деформации в конкретной CFD.

4. Полученная после оптимизации полигональная модель "заставляет" конфигуратор крыла и все профили перестроить для достижения той геометрии, что рекомендует CFD. Этот цикл п.п.2-4 может быть многократным, уточняющим геометрию. Сюда, возможно  войдёт и создание геометрии механизации крыла (закрылки, законфовки), которые будут участвовать в циклах оптимизации крыла.

 

Но тут возникает ситуация, когда сильные изменения геометрии крыла могут привести к существенному изменению длин хорд профилей и их значений Re. Откуда может возникнуть необходимость перегенерации профилей вкупе с их переоптимизацией под их изменившиеся числа Рейнольдса.

 

5. Возможно - создание геометрии механизации крыла (закрылки, законфовки), которые будут участвовать в циклах оптимизации крыла, можно вынести за скобки первых циклов оптимизации системы "образующие-лонжерон-профили-крыло" (п.п.2-4). Этот вопрос - к обсуждению.

 

Вообще мой конфигуратор крыла хотят прикрутить к оптимизатору (или оптимизатор - к конфигуратору) и заставить всю геометрию крайне гладко строить на движке CATIA, а помня о том, что мой конфигуратор написан сплошь на функционале ISD/ICEM в CATIA, то перенос построения куда-то ещё - не вариант.

 

А теперь - о главном. Каков же наиболее правильный алгоритм (их может быть несколько, судя по беседам с ЦАГовцами 15 лет назад), который нужно реализовать при создании конфигуратора (или, если хотите - приложения) для построения крыла, и какими параметрами он должен управляться?

 

Подобное задание я получил от аэродинамика в ЦАГИ, которое частично реализовал в разработках, проданных "Аэрокону" (г.Жуковский) 15 лет назад. Но интересно запрограммировать решение не только для беспилотников органических форм компоновки "летающее крыло". Нужен универсальный решатель, под современные реалии и возможности CFD. Что думаете?

 

И последнее. Я бы не стал думать в этом направлении при всём разнообразии существующего ПО, умеющего всё это так или иначе, и спроектированные им ЛА вполне себе летают. Но на мой взгляд - сама геометрия в существующих решениях строится "слишком грубо", откуда она не в состоянии описать собой всё возможное многообразие даже профилей. По моим изысканиям в построении "другой" геометрии профиля оказалось на практике, что построенная "кривулина" не может быть описана сплайнами/NURBS столь низких степеней полинома, лежащего в основе. Даже 100 точек в сплайне не способны помочь корректно повторить построенную мной кривую по уравнению 20+ степеней - кривулина гнётся во все стороны между точками, но только не туда. 300 точек и специальный "конвергентный" алгоритм расстановки точек по полученному профилю уже решают проблему - копия сплайна по ним практически идентична, анализ кривизны почти неотличим от оригинала, но...

 

Кто в каких CFD оптимизирует кривулину по 300-м точкам, да ещё с жёстким алгоритмом их расстановки??? Из того, что видел - оптимизируют какой-нибудь безье по 10-ти точкам в поисках "идеального профиля". Откуда вывод - подобные оптимизаторы "прошли мимо идеала" и не узнали о его существовании...

 

Есть ли у кого желание помочь мне разобраться с алгоритмом построения крыла и схемой его управления для будущих оптимизаций?

[zerganalizer 597]

17 минут назад, a_schelyaev сказал:

Да ладно, просто все кругом идиоты. Но это секрет!

Тут все слишком умные - сделай всё сам, над тобой посмеются, а как сделаешь готовое рабочее решение, дающее золотые результаты - начнут торговаться, типа ты мне дай сто рублей - и я, так и быть, заберу твое ПО на твои деньги! Весь бизнес в этой стране так построен!

 

Да пофик - я уже нашел настройки генератора сетки - считаться она начала, не факт, что лучше чем от родного мешера SU2, но проверять пакетным расчётом уже некогда. Найду и способ идеальные сетки генерить по сценарию, процесс пошёл...

Edited Tuesday at 11:02 AM by zerganalizer

[green_fly 45]

14 минут назад, zerganalizer сказал:

в этой стране

не та страна, да люди не те.

Попробуйте поискать помощь на зарубежных форумах. Там ведь люди отзывчивее, да и умнее наверняка. И физику Вам на пальцах объяснят, и конфиги поправят, и исходники под древнюю винду скомпилируют. И шапочку.

45 минут назад, a_schelyaev сказал:

Но это секрет!

секрет Бартини!

[zerganalizer 597]

Я писал в зарубежные форумы - вы на 100% правы, кроме шапочки разве что. Тем более - если там сплошь авторы и разработчики разных CFD, аэродинамики и энтузиасты своего дела, не выпрашивающие подачки за грамотный совет.

[green_fly 45]

Подачки у Вас спецы по гиперзвуку выпрашивали? Они таки нарисовались?

[zerganalizer 597]

Мне не интересен гиперзвук - для его расчёта надо специальным образом компилировать исходник SU2 для поддержки ионизации и других фич. На данный момент мне нужен набор настроек SU2 по диапазонам от 0,1 до 1 МАХа. Это нужно, чтобы вы доверяли циферькам расчётов, что я буду тут выкладывать.

[green_fly 45]

1 час назад, zerganalizer сказал:

аэродинамики и энтузиасты своего дела, не выпрашивающие подачки за грамотный совет

 

За грамотные советы в каком диапазоне скоростей у Вас выпрашивали подачку?