Es wurde der Einfluss verschiedener Parametrisierungsmethoden und Zielfunktionen bei der numerischen Optimierung von Profilen transsonischer Tragflügel untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurden Optimierungsrechnungen durch zweidimensionale RANS-Simulation der Profilumströmung durchgeführt. Im Mittelpunkt stand dabei der Einfluss verschiedener Zielfunktionen auf das Optimierungsergebnis. Dafür wurden Zielfunktionen hergeleitet, die neben rein aerodynamischen Aspekten auch andere wichtige Gesichtspunkte des Profilentwurfs bezüglich Strukturgewicht und Flugmechanik berücksichtigen. In Verbindung mit diesen Zielfunktionen wurden die Parametrisierungsmethoden (Sr, B-Spline und Hicks-Henne verglichen. Zur Optimierung wurde die Subplex-Variante des Nelder-Mead-Algorithmus verwendet. Diese wurde an einem Beispiel mit einem evolutionären Optimierungsalgorithmus verglichen. Darüber hinaus wurden Vergleichsrechnungen mit verschiedenen Parameteranzahlen durchgeführt und Möglichkeiten analysiert, diese möglichst gering zu halten. Zuletzt wurde der Einfluss praxisnaher geometrischer Randbedingungen auf das Optimierungsergebnis untersucht. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die im ersten Teil verwendete Prozesskette zur Optimierung von Profilen eines Trapezflügels verwendet. Die dreidimensionale Strömung wurde unter Vernachlässigung von Viskositätseffekten simuliert. Es wurde der Einfluss der Anzahl parametrisierter Profilschnitte auf das Optimierungsergebnis untersucht. Abschließend wurden Vergleichsrechnungen mit den im ersten Teil dieser Arbeit hergeleiteten Zielfunktionen durchgeführt. Sowohl die untersuchten Zielfunktionen als auch die geometrischen Randbedingungen haben sich in den exemplarisch durchgeführten Rechnungen zur gezielten Berücksichtigung von Entwurfsforderungen bewährt. Darüber hinaus haben die Rechnungen Informationen geliefert, die künftig bei der Wahl der Optimierungs- und Parametrisierungsmethode,n sowie der Entwurfsparameter hilfreich sein können. Dieser Bericht ist im Rahmen einer Diplomarbeit für das Institut für Flugzeugbau (IFB) der Universität Stuttgart entstanden.

    The influence of different parameterization methods and objective functions on the result of numerical shape optimization of transonic airfoils has been investigated. In the first part of this work airfoil shapes were optimized using the numerical solution of the RANS equations. The main concern was the effect of different objective functions on the resulting airfoils. Therefore meaningful objective functions were derived which take structural and trimming aspects of airfoil design into account. The airfoil parameterization methods (ST, B-Spline and Hicks-Henne were compared based on exemplary optimizations with the new objective functions. The subplex optimization method, an extended version of the Nelder-Mead algorithm, was used. In one case it's performance was compared to an evolutionary algorithm. Furthermore variations of the number of design variables and possibilities to reduce it were investigated. Lastly realistic geometrie restrictions for the optimization of airfoils were tested. In the second part the optimization chain was used to optimize sections of a tapered wing. In the three-dimensional flow simulations viscous terms were not considered. The number of parameterized wing sections and it's correlation with the optimization results was studied. Finally, the objective functions of the first part were used for three-dimensional optimizations. The investigated objective functions and geometrie restrictions are suitable for practical airfoil optimization. They can be used to consider specific design goals. Furthermore the results of the computations can be useful for choosing optimization and parameterization methods as weil as for determining the design variables. This report presents research done in terms of a diploma thesis for the Institute of Aircraft Design (IFB) of the University of Stuttgart.


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    Title :

    Untersuchung von Parametrisierungsmethoden und Zielfunktionen zur Optimierung von Profilen eines transsonischen Tragflügels


    Contributors:
    Kunze, P. (author) / Himisch, J. (author) / Wunderlich, T. (author)


    Publication date :

    2009


    Size :

    124 Seiten, 68 Bilder, 22 Tabellen, 29 Quellen



    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German