An Aero-Structure Adjoint Formulation for Efficient Multidisciplinary Wing Optimization

CFD (Computational Fluid Dynamics) ist heutzutage ein zuverlassiges Werkzeug fur die Analyse von Stromungen und kommt deshalb in der Luftfahrtindustrie mehr und mehr zum Einsatz. Ein Flugzeugflugel ist jedoch ein Aero-Struktur-System, weshalb die durch die aerodynamischen Krafte verursachte statische Deformation des Flugels wahrend seines Entwurfes berucksichtigt werden muss. Wenn der Entwurf mittels deterministischen gradientenbasierten Optimierungsverfahren erfolgt, mussen demzufolge die statisch elastischen Effekte bei der Sensitivitatenberechnung mit einfliesen und modelliert werden. Um sowohl auf der Struktur als auch auf der Aerodynamikseite hochgenaue und damit rechen- und zeitaufwandige Berechnungsverfahren verwenden zu konnen, wir ein gekoppeltes Aero-Struktur-Adjungiertenverfahren hergeleitet, implementiert sowie validiert und fur den so genannten AMP-Flugel erprobt. Auf der Stromungsseite wird der DLR-Loser FLOWer und auf der Strukturseite der kommerzielle FEM-Loser MSC-NASTRAN verwendet. Schlieslich wird eine multidisziplinare Reichweitenoptimierung, mit der Breguet-Formel fur die Reichweite als Zielgrose, fur den AMP-Flugel durchgefuhrt – und zwar unter Berucksichtigung der statischen Deformation und der aerodynamischen Nebenbedingung, dass der Auftrieb konstant bleiben muss. Hierbei ermoglicht das effiziente gekoppelte Aero-Struktur-Adjungiertenverfahren die Parametrisierung des Flugels mit einer grosen Anzahl an Entwurfsvariablen.