Какие алгоритмы построения крыла + оптимизация CFD наиболее востребованы?

[zerganalizer 593]

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?

[KorovnikovAV 514]

29.04.2025 в 17:42, maxx2000 сказал:

@KorovnikovAV пенсию снять приехал? 

Фигенсию

 

Не дождетесь. 

30.04.2025 в 13:30, Maik812 сказал:

с чего такое заявление? пруфы..

Какие предпочитаете? 

29.04.2025 в 22:47, zerganalizer сказал:

Ты жив ещё, курилка??? Привожу в порядок старые разработки, придумываю новые, Питон на пару с ИИ осваиваю. Никого не трогаю, примус починяю...))

Разочарую, но питон надо знать, чтобы понимать ответ ChatGPT 

[Maik812 327]

7 часов назад, KorovnikovAV сказал:

Какие предпочитаете? 

ну любые.. с чего взяли заявления эти.

[zerganalizer 593]

5 часов назад, KorovnikovAV сказал:

Разочарую, но питон надо знать, чтобы понимать ответ ChatGPT 

Он, сука, обнулил половину штрафов уже проверенного и рабочего оптимизатора, а я недоглядел. Теперь вот вписываюсь на удивление быстро и красиво (как исправил). Вообще DeepSeek - мелкий вредитель - всё норовит похерить твой рабочий код и пихнуть что-то своё нерабочее с удалёнными внешними связями по передаче параметров в программу. Теперь вот аккуратно кусочками забираю его творения после тщательной проверки. Китаёз,, как на алиэкспрессе (как на рынке, короче) намахивает))).

 

Последняя из основных проблем по части генерации профилей решилась сегодня - чтобы зачитать, погладить и вписаться в текущие профили, отрезать низ оттуда и верх - оттуда, объединить и загустить точки результата, чтобы XFLR5 не казюлился при продувке - всё это есть с графиками кривизны. Проблема оказалась в способе подправить нос образца и грамотно передать на вписание в питоне мод существующего профиля. Если рисовать топорно - в топорное и впишется, так что пришлось ваять упрощённый мод формулы для носовой части с гладким анализом кривизны, проходящее через заданные точки, но вблизи и с гладким градиентом кривизны. Ни один тип кривых в катии не дал нужного результата - сплошь гуано в анализе кривизны.

[KorovnikovAV 514]

23 часа назад, Maik812 сказал:

ну любые.. с чего взяли заявления эти.

Ну там суперджет, МС-21 вбиваем в гугл и вот они пруфы. 

Двигателей нет. Авионики нет. 

21 час назад, zerganalizer сказал:

Ни один тип кривых в катии не дал нужного результата - сплошь гуано в анализе кривизны.

Сдеатся тут не питон и не катя виноваты. 

Говорю же, надо уметь писать и читать код, иначе будет шляпа. 

Нейросеть это инструмент, не более. 

[Maik812 327]

1 час назад, KorovnikovAV сказал:

Двигателей нет. Авионики нет. 

гугл врет все, как и ютуб . я то думал есть пруфы.. мой приятель там работает или хороший знакомый..

ты еще вбей про вторую мировую войну как сша разгромили нацистов, тоже профы есть..

[KorovnikovAV 514]

19 часов назад, Maik812 сказал:

гугл врет все, как и ютуб . я то думал есть пруфы.. мой приятель там работает или хороший знакомый..

ты еще вбей про вторую мировую войну как сша разгромили нацистов, тоже профы есть..

Там это где, в General Electric? У них двигатели есть. 

[a_schelyaev 387]

1 час назад, KorovnikovAV сказал:

Там это где, в General Electric? У них двигатели есть. 

https://youtu.be/BTfAMZYX_cE?si=2UBJ6kcN-3oPP_Pa

[Maik812 327]

3 часа назад, KorovnikovAV сказал:

ам это где, в General Electric? У них двигатели есть. 

двигатели и у нас делают.. ПД14, например и др. у нас к стати 4 компании их делают. в отличии от сша

[KorovnikovAV 514]

2 часа назад, Maik812 сказал:

двигатели и у нас делают.. ПД14, например и др. у нас к стати 4 компании их делают. в отличии от сша

Ну делать делают, пиши когда сделают

[zerganalizer 593]

Задачка вот занимательная из числа - а как сделать автоматом? Приложил файл с 6-ю точками, через которые надо провести кривую с точностью в десятку и гладкую без перегибов. Как горбато лёг сплайн - сами видите. Рядом формульная кривая - как черновик отдать оптимизатору в питон. Остальные части профиля какого-то будут оригинальные, их не прикладываю. Всё в сумме уже питон заглатывать будет - точками своей фичей разложу и выгружу.

 

Кто чем строить будет? Не забудьте анализы кривизны показывать. Да, забыл - в катии чутка не совсем автоматически, но не нурбсой узлами можно построить кривую вблизи точек, но анализ кривизны другой и отстоит от точек она дальше. В файле так и называется - "кривая".

 

Приятных вам страданий)))

 

Lob_profile-tan4.stp

[zerganalizer 593]

Вчера случилось новое достижение в деле конфигураторов профилей, для меня - революционное. Я модифицировал моё семейство формул, в том числе новые - для построения половинки дуги, с возможностью быстро вписываться более управляемыми способами с возможностью заказать радиус кривизны у носика и в экстремуме, и провести гладко через любое количество точек, но не сильно отклоняясь дабы не извратить градиент кривизны. Новая модификация к формулам - это дополнительный кусок формулы, приводящий к рисованию профиля примерно касательно к вертикали в носике. Ранее сложную формулу надо было вписывать чисто оптимизатором - в изначальном виде со всеми коэффициентами, равными единице, угол наклона касательной в носике был примерно 82 градуса, остальное долго вписывал оптимизатор.

 

Теперь скорость вписания в профиль возросла раз в 10. 2000 итераций за 3 минуты на старом буке делает непревзойдённое ранее качество вписания. Изначально профиль NACA 2412 разогнут в хвостике, а вписывался я в оригинальный без возможности (пока) разгибать профиль в питоне или вписываться с разгибанием сразу. Вот оставшийся дефект вписания (крайние точки шире кривой):

Продувка в XFLR5 показала заметные отклонения от оригинала, однако я разогнул кончики вписанного профиля в нём, и анализы стали идентичны, там ниже картинка есть.

 

А второе открытие (я прям мистер очевидность) - все гладкие модификации того же профиля, включая вписанные достаточно точно дают одинаковые результаты продувки - как и у родного, сгенерированного в XFLR5, чтение точек которого давали всякие "ежовые" анализы кривизны.

 

Так что просто выгладить профиль, в-основном попав в его геометрию - не улучшает результатов продувок в XFLR5. Вот пример анализа оригинальной NACA2412 из XFLR5 + сглаженной мною версии из моего конфигуратора NACA-4x + вписанной версии через формульную кривую в питоне (картинка выше).  Как мы видим - 3 семейства поляр слились в пределах погрешности расчёта/точности вписания. Откуда понятно - повторенные градиенты кривизны, даже если они имеют страшненький анализ кривизны с пульсациями на результат продувки в XFLR5 заметно НЕ ВЛИЯЮТ.

Однако, я и не обещал, что выглаживание порешает всё. Реальные успехи даёт возможность провести кривую так, как не позволяют штатно существующие решения и ПО. Как всем известно - в основе построения кривых лежат полиномиальные формулы, которые при высоких степенях дают пульсации, мешающие провести кривую "куда изволите", да ещё и портит качество кривой.

 

Мои решения на основе НЕ-полиномиальной геометрии кривых позволяют создавать ассоциативные точкам неизведанные ранее кривые, которые могут найти альтернативные решения более высокого качества. Например, профили с "туннельным эффектом".

 

С обновлёнными формулами и кривыми теперь просто создавать модификации профилей - дело за автоматизированными продувками и изучением полученных поляр. Одну закономерность я уже заметил - форма "спинки" профиля (обоих дужек) сильно влияет на ширину "туннеля" или улучшает аэродинамическое качество профиля для более широкого диапазона углов атаки. Или наоборот - небольшие тонкости в форме "спинки" круто меняют результаты продувки. Увидел на примере сравнения разогнутых и неразогнутых хвостиков одного и того же профиля и всех его "клонов".

 

Если будет интересно - скину ещё более "страшненькую" задачку с моделью - провести через 5 точек (+ концы хорды) гладкую аэродинамичную кривую. Извратное занятие, результат выглядит так, сплайн полный фак:

 

[green_fly 32]

18 минут назад, zerganalizer сказал:

в пределах погрешности расчёта

Как Вы оцениваете погрешность расчета?

[zerganalizer 593]

11 минут назад, green_fly сказал:

Как Вы оцениваете погрешность расчета?

В пределах расчёта в одной программе разных по количеству точек и мизерно разных профилей? Это когда анализы практически сливаются, повторяя все особенности анализа профиля такой геометрии. Это на картинке же видно. Есть ещё одна версия этого профиля - с не очень оптимальным загущением точек. Анализ его кажет схожую картинку, но линии поляры - зубчиками в пределах расхождения расчётов тех, что на картинке выше. Погрешность вызвана не слишком оптимальным расположением точек, и их там не 299 или 200, а 160. Могу выложить, если не верите на слово. Схожая геометрия имеет схожие поляры - гладенькие или зубастые - зависит от внутренних алгоритмов XFLR5, основанных именно на том, как разложены точки и сколько их. Проверено многократно.

[green_fly 32]

То есть никак.

[zerganalizer 593]

16 минут назад, green_fly сказал:

То есть никак.

То есть на основе опыта с ошибками расчёта программы между версиями тех же профилей, но с разными алгоритмами разложения точек по профилю и разным их количеством.

 

Один и тот же профиль считается с погрешностями при разном количестве/загущении точек, примерно такими, с какой разницей просчитались эти 3 разных, но похожих мода профиля, включая оригинал.

Edited Sunday at 05:15 PM by zerganalizer

[green_fly 32]

Формулу, по которой Вы считаете погрешность, покажете?

[zerganalizer 593]

17 часов назад, green_fly сказал:

Формулу, по которой Вы считаете погрешность, покажете?

Погоняй XFLR5 на одном и том же профиле с разными количествами точек - сам увидишь его точность..

[green_fly 32]

12 минут назад, zerganalizer сказал:

Погоняй XFLR5 на одном и том же профиле с разными количествами точек - сам увидишь его точность..

А что мне еще сделать, чтобы Вы за свои слова отвечали?