Projekti / Programi
Avtomatična optimizacija aerodinamičnih površin
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.05 |
Tehnika |
Mehanika |
Mehanika fluidov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P240 |
Naravoslovno-matematične vede |
Plini, dinamika tekočin, plazma |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
aerodinamika, optimizacija, numerične metode, laminarno obtekanje
Raziskovalci (4)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
26345 |
mag. David Eržen |
Tehnika |
Raziskovalec |
2010 - 2012 |
0 |
| 2. |
31462 |
dr. Aleksej Majkić |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2010 - 2011 |
0 |
| 3. |
30617 |
Vid Plevnik |
Tehnika |
Raziskovalec |
2010 - 2012 |
0 |
| 4. |
18084 |
dr. Gregor Veble |
Fizika |
Vodja |
2010 - 2012 |
0 |
Povzetek
V predlaganem projektu želimo razviti metodo za avtomatično oblikovanje tridimenzionalnih površin s pomočjo panelnih vrtinčnih metod. Poudarek bo predvsem na iskanju ustrezne količine, ki je odvisna od porazdelitve tlaka okrog površine, tako da bo ob njeni minimizaciji obtekanje čim bližje idealnemu. Predlagana metoda je naravno nadaljevanje metode, objavljene v Gregor Veble, 2008, 'A Parameter Free Cost Function for Multi-Point Low Speed Airfoil Design', CMES-Computer modeling in engineering and sciences 36 243-260, ki je namenjena načrtovanju laminarnih dvodimenzionalnih krilnih profilov in ki je že bila uspešno uporabljena v praksi pri načrtovanju krilnih profilov za novo letalo podjetja Pipistrel d.o.o. Ajdovščina v razvoju. Ideje te metode želimo posplošiti na oblikovanje v treh dimenzijah.
Metoda optimizacije bo počivala na neviskozni in nestisljivi panelni metodi s prostimi vrtinčnimi elementi. Glede na trenutne zmogljivosti računalnikov panelne metode predstavljajo najboljši kompromis med točnostjo rezultatov in računsko zahtevnostjo pri optimizacijskih problemih. Za potrebe projekta bo razvit lasten programski paket za izračun obtekanja idealnega fluida okrog teles poljubnih geometrij s panelno metodo.
V dveh dimenzijah je optimizacija profila s pomočjo omenjene dvodimenzionalne metodi določena z minimizacijo funkcionala, podanega z integralom absolutne vrednosti gradienta tlaka po obodu profila. Predpostavljamo, da je mogoče tak postopek posplošiti tudi na tri dimenzije. Ustrezna posplošitev funkcionala, za katero predvidevamo, da se bo obnesla, in ki bo glavni predmet analiz predlaganega projekta, je integral absolutne vrednosti gradienta po aerodinamični površini. V dveh dimenzijah se ta funkcional namreč poenostavi na že znanega, v treh dimenzijah pa bi pričakovano moral voditi k enakomernim površinskim porazdelitvam tlaka.
Po uspešni vzpostavitvi numerične metode, funkcionala in omejitev bodo napori usmerjeni v oblikovanje testnih aerodinamičnih površin. Kot poizkusni primer bomo vzeli stik krilo-trup, ki predstavlja enega osnovnih izvirov interferenčnega upora na letalih. Dobljene oblike bomo preverili s CFD metodo končnih volumnov z uporabo odprtokodnega paketa OpenFOAM.
Predlagana metoda bo zanimiva tako z akademskega kot tudi s praktičnega stališča. Vpeljava funkcionala tlačne porazdelitve je nov pristop, ki je uporaben tudi širše in ne le pri razvoju letal. Obenem bo metoda neposredno uporabna v načrtovalnem procesu podjetja Pipistrel, kjer bo omogočala hitro optimizacijo težavnih delov geometrije, kot sta na primer prehod med krilom in trupom ali stik med steklenimi površinami in trupom.
Pomen za razvoj znanosti
Izvedeni projekt predstavlja metodo za nov in hiter način oblikovanja kompleksnih tridimenzionalnih poršin, ki zagotavljajo laminarno obtekanje ter preprečujejo odcep toka v področjih, kjer je tok že turbulenten. Metoda je sposobna upoštevati tudi geometrijske omejitve. Nadgrajuje postopek, ki se je že izkazal pri dvodimenzionalnem oblikovanju krilnih profilov in principe nadgradi v tri dimenzije. Rezultati so preizkušeni z orodji za računsko dinamiko fluidov, ki potrjujejo učinkovitost metode pri problemih zasnove oblik z nizkim uporom, kot se pojavljajo v praksi aerodinamičnega oblikovanja.
Takšna metoda je ustrezna za uporabo v praktičnih aplikacijah, predvsem v fazah preliminarnega aerodinamičnega oblikovanja, ko je potrebno hitro preizkusiti in optimirati veliko število konceptov, saj metoda počiva na poenostavljenem modelu tekočine in je zato veliko hitrejša kot metode, ki računajo polne Reynoldsovo povprečene Navier-Stokesove enačbe. Prav tako pa je uporabna za oblikovanje aerodinamičnih detajlov na stikih kompleksnih površin. Metoda tako odpira nov pristop k aerodinamičnemu oblikovanju, ki je namenjen hitrim iteracijam oblik in s poenostavljenim modelom zagotavlja, da je dejansko obtekanje v praksi aerodinamično učinkovito.
Dodatni rezultat projekta je javno dostopni odprtokodni paket za izračun obtekanja idealne tekočine okrog vzgonskih teles PolyVort. Ta tudi drugim raziskovalcem in inženirjem omogoča raziskave in razvoj na področju aerodinamike.
Pomen za razvoj Slovenije
Uspeh izvedenega projekta je dvojen. V prvi vrsti je zagotovil razvoj novega pristopa k aerodinamičnemu oblikovanju, ki bo povečal konkurenčno prednost slovenskih podjetij, ki za razvoj svojih izdelkov potrebujejo aerodinamične oziroma hidrodinamične oblike. Rezultati projekta so že bili predstavljeni drugim zainteresiranim potencialnim partnerjem in že potekajo evaluacije metode na razvojnih projektih podjetij, ki niso bila vključena v ta projekt. Za sofinancerja projekta pa je metoda še dodaten prispevek k zagotavljanju nadaljnje konkurenčne prednosti na področju zasnove učinkovitih letalnih naprav, ki jo sicer že uživa v svetovnem merilu. Metoda je že bila uporabljena pri zasnovi različnih detajlov aerodinamičnih površin.
Po drugi strani je pomen raziskovalnega projekta predvsem ta, da aerodinamično oblikovanje utrdi kot znanstveno in raziskovalno disciplino, ki je v Sloveniji sicer slabo zastopana. Rezultati projekta predstavljajo tako novo bazično znanje na tem področju kot tudi inženirska orodja in tako odpirajo perspektive in možnosti za nadaljnji razvoj discipline v Sloveniji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
