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Interactive Aerodynamic Design via Reduced Order Modeling

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Interactive Aerodynamic Design via Reduced Order Modeling

Markus Mrosek (Broschiert, Englisch)

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Beschreibung

Kurzfassung Aerodynamik spielt eine wesentliche Rolle beim Übergang zu umweltfreundlicheren Flotten. Die Entwicklung eines aerodynamischen und dennoch stilistisch ansprechenden Fahrzeugs erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Aerodynamikern und Designern, die derzeit durch enormen Rechenaufwand der Aerodynamik-Simulationen erschwert wird. Interaktive, gemeinsame Sitzungen, die Echtzeit-Simulationen über reduzierte Modelle (Reduced Order Models - ROM) nutzen, können die Effizienz verbessern. In drei Kernbausteinen eines interaktiven aerodynamischen Designprozesses wurden Fortschritte erzielt. Um die Generierung von Trainingsdaten zu beschleunigen, wurden Simulationen mit der Lattice Boltzmann Methode (LBM) auf Grafikkarten mit Altair ultraFluidXTM untersucht. Die aerodynamischen Koeffizienten von ultraFluidX stimmten hervorragend mit Messungen an einem Volkswagen Golf 7 überein. Die numerisch vorhergesagten Strömungsfelder wichen jedoch im Detail noch von den experimentell ermittelten ab. Während die Genauigkeit mit der von Detached-Eddy-Simulationen (DES) vergleichbar war, reduzierte sich die Berechnungszeit deutlich. Damit ist es möglich typische Trainingsdatensätze innerhalb einer Arbeitswoche zu erstellen, wodurch die Integration von ROMs in den Entwicklungsprozess erleichtert wird. Das Hauptziel war die Bewertung der Vorhersagegenauigkeit für aerodynamische Felder und Koeffizienten für industrielle Testfälle. Es wurden zwei Testfälle erstellt: 100 DESSimulationen für einen Volkswagen Jetta mit sechs geometrischen Parametern und 1000 LBM-Simulationen für einen DrivAer mit 15 geometrischen Parametern. Basierend auf diesen Trainingsdaten wurde der Lösungsraum über Proper Orthogonal Decomposition (POD) reduziert und die erhaltene niedrigdimensionale Darstellung über Response Surface Models (RSM) interpoliert, um das Strömungsfeld für unbekannte Parameterkombinationen vorherzusagen (sogenannte POD+I Methode). Für Vorhersagen der aerodynamischen Koeffizienten war die Genauigkeit für beide Testfälle zufriedenstellend mit mittleren durchschnittlichen Fehlern von etwa 1 und 2 Widerstandspunkten für den Jetta bzw. den DrivAer. Für die Feldvorhersagen ergab POD+I Ergebnisse, die qualitativ und quantitativ gut mit denen von CFD-Simulationen übereinstimmen. Die Zeit für die kombinierte Vorhersage von Feldern und Widerstandsbeiwert wurde mit ungefähr 0.6 s (Jetta) gemessen, wodurch die Verwendung in einem interaktiven aerodynamischen Designprozess möglich ist. Drittens wurde die Machbarkeit von zwei ROMs basierend auf der nichtlinearen Dimensionsreduktion – Isomap+I und Autoencoder+I – bewertet. Isomap+I wurde von POD+I in den Feldvorhersagen übertroffen und war gleichzeitig erheblich langsamer. Autoencoder+I hingegen übertraf POD+I in der Vorhersagegenauigkeit sowohl für den Jetta als auch für den DrivAer leicht. Der marginale Gewinn erforderte jedoch deutlich höhere Trainingszeiten. Modellreduktion über POD+I erwies sich als die am besten geeignete Methode – mit gleichzeitig zufriedenstellender Genauigkeit – für einen interaktiven aerodynamischen Designprozess, der es Aerodynamikern und Designern ermöglicht, in enger Zusammenarbeit Fahrzeuge mit sehr guter Aerodynamik und überzeugenden Designs zu entwickeln. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

01.01.2021

Sprache

Englisch

EAN

9783947623464

Herausgeber

Technische Uni Braunschweig NFL

Serien- oder Bandtitel

NFL-Forschungsberichte

Sonderedition

Nein

Autor

Markus Mrosek

Seitenanzahl

100

Auflage

Einbandart

Broschiert

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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