Otimização geométrica de superfícies sustentadoras utilizando algoritmo genético com base em um código VLM in-house
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Data
2023-03-30
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
No presente trabalho colocou-se em foco o desenvolvimento de um script computacional que permita um processo de otimização de uma geometria aerodinâmica destinada ao uso em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). Para isso, a base de cálculos aerodinâmica foi implementada tendo como referência a metodologia Vortex Lattice Method (VLM) adaptada à superfícies em escoamento rotativo. Também foi preciso o desenvolvimento de um gerador de malha que fornecesse as coordenadas geométricas de uma geometria, o que mostra-se necessário ao funcionamento do VLM. Antes que novas etapas fossem implementadas ao script, tanto o modelo aerodinâmico quanto o modelo geométrico passaram por diversos testes e comparações com referências da literatura, permitindo contrastar suas respectivas acuracidades. As partes isoladas que compõem a implementação do VLM foram validadas, mas não foi possível obter uma solução independente da malha estabelecida. Diversos estudos e testes indicam que tal situação pode estar ocorrendo devido a um possível erro na rotina responsável pela integração das forças aerodinâmicas. Dessa forma, optou-se por realizar um processo de otimização de uma asa fixa. Para isso tanto a frente geradora de malha quanto a frente aerodinâmica foram acopladas ao processo de otimização em si, o qual é baseado na metodologia de algoritmo genético. Ao final, obteve-se como resultado uma geometria considerada otimizada para a missão estabelecida, a qual poderá, em trabalhos futuros, ser colocada a prova mediante resultados experimentais e simulação em Computational Fluid Dynamics (CFD).
The present work focuses on the development of a computational script that allows the optimization process of a aerodynamic geometry for use in an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). For this purpose, the aerodynamic calculation was implemented using the Vortex Lattice Method (VLM) methodology adapted to surfaces in rotational flow. It was also necessary to develop a mesh generator that provided the geometric coordinates of a given geometry, which is necessary for the VLM. Before new steps were implemented in the script, both the aerodynamic model and the geometric model underwent several tests and comparisons with references from the literature. The isolated parts from the VLM implementation have been validated, but it was not possible to obtain a solution independent of the mesh. Many studies and tests indicate that this situation may be occurring because of a possible error in the routine responsible for the integration of aerodynamic forces. Therefore, it was decided to carry out an optimization process for a fixed wing. For that, both the mesh-generating front and the aerodynamic front were coupled to the optimization process, which is based on the genetic algorithm methodology. As a result, an optimized geometry was obtained, which may be tested in future works through experimental results and simulation in Computational Fluid Dynamics (CFD).
The present work focuses on the development of a computational script that allows the optimization process of a aerodynamic geometry for use in an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). For this purpose, the aerodynamic calculation was implemented using the Vortex Lattice Method (VLM) methodology adapted to surfaces in rotational flow. It was also necessary to develop a mesh generator that provided the geometric coordinates of a given geometry, which is necessary for the VLM. Before new steps were implemented in the script, both the aerodynamic model and the geometric model underwent several tests and comparisons with references from the literature. The isolated parts from the VLM implementation have been validated, but it was not possible to obtain a solution independent of the mesh. Many studies and tests indicate that this situation may be occurring because of a possible error in the routine responsible for the integration of aerodynamic forces. Therefore, it was decided to carry out an optimization process for a fixed wing. For that, both the mesh-generating front and the aerodynamic front were coupled to the optimization process, which is based on the genetic algorithm methodology. As a result, an optimized geometry was obtained, which may be tested in future works through experimental results and simulation in Computational Fluid Dynamics (CFD).
Descrição
Palavras-chave
Aerodinâmica Modelos matemáticos, Drone, Algoritmos genéticos