Pesquisadores ampliam os limites para integração e aplicação de otimização de design multidisciplinar
Por Mike Henson, Chris Hardin e Giuseppe Cataldo|Dezembro de 2022
O Comitê Técnico Multidisciplinar de Otimização de Design oferece um fórum para aqueles ativos no desenvolvimento, aplicação e ensino de uma metodologia formal de design baseada na integração de análises disciplinares e análises de sensibilidade, otimização e inteligência artificial.
De janeiro a julho, pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveram um modelo turbofan aeropropulsivo de alto bypass que integra modelagem de ciclo termodinâmico unidimensional e dinâmica de fluidos computacional dentro do Mphys, uma biblioteca multifísica construída sobre o programa de computador OpenMDAO criado pela Glenn Research da NASA. Centro em Ohio. O modelo turbofan multifidelidade permite a otimização do projeto aeropropulsivo baseado em gradiente, incluindo o formato da nacela, a geometria do caminho do fluxo e a termodinâmica. Este é um marco de desenvolvimento para otimização de projeto aeropropulsivo usando otimização de forma aerodinâmica baseada em gradiente com um modelo que combina dinâmica de fluidos computacional com análise de ciclo unidimensional para uma configuração turbofan completa.
Em junho, uma equipe de pesquisadores da NASA e da Caltech finalizou um método de análise de sensibilidade global de multifidelidade baseada em estatísticas de classificação, ou GSA, que não depende do número de parâmetros do modelo. O modelo proporcionou uma redução de custos computacionais de cerca de duas ordens de grandeza em comparação com o GSA tradicional quando aplicado ao modelo integrado do Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Em julho, a Airbus e a Universidade de Michigan concluíram um esforço de pesquisa de cinco anos que criou novos métodos para otimizar asas muito flexíveis e de alta proporção. A pesquisa incluiu abordagens para lidar com modelos de complexidade variável considerando a aeroelasticidade dinâmica não linear.
Em agosto, a Universidade de Illinois, em colaboração com a Samara Aerospace, sediada em Delaware, usou MDO e métodos inovadores em empacotamento holístico com reconhecimento de física e otimização de roteamento no avanço de estruturas multifuncionais para controle de atitude. MSAC é uma nova classe de sistemas de controle de espaçonaves que usa painéis implantáveis ​​flexíveis e inteligentes como atuadores de controle de atitude. Trabalhando com a NASA, os pesquisadores aplicaram o método Analytical Target Cascading para realizar estudos comerciais nas aeronaves elétricas de decolagem e pouso verticais de elevação e cruzeiro da NASA.
Várias atualizações de software foram lançadas ao longo do ano. O Laboratório de Otimização de Projeto Multiescala e Multifísica da Universidade da Califórnia, San Diego, lançou o ParaLeSTO, um pacote de software de otimização de topologia de código aberto em setembro. Habilitado por avanços recentes em arquiteturas generalizadas para otimização de topologia multidisciplinar, o software pode ajudar a resolver problemas de projeto multifísico por meio de uma variedade de solucionadores computacionais e métodos de otimização. Os casos de uso demonstrados incluem o projeto de estruturas multifuncionais, bem como sistemas complexos de materiais não lineares.
Em julho, o Laboratório de Mecânica Probabilística da Universidade da Flórida Central e o Centro de Excelência de Prognóstico da NASA publicaram um código-fonte aberto para modelagem de redes neurais híbridas com base na física. A implementação modela a carga e a saúde das baterias de íons de lítio por meio de camadas informadas pela física e orientadas por dados dentro de uma rede neural profunda e foi validada com base em dados experimentais disponibilizados pela NASA.
Em agosto, a NASA lançou o OpenMDAO versão 3.2 com algoritmos atualizados para cálculo eficiente de gradiente em ambientes de computação distribuídos com ferramentas de visualização aprimoradas. Esses recursos foram particularmente úteis para a biblioteca Mphys, construída sobre OpenMDAO, que foi lançada sob licença de código aberto em junho. Os workshops OpenMDAO e Mphys foram realizados em outubro na NASA Glenn.
Em junho, o Comitê Técnico AIAA MDO organizou um Workshop de Modelagem Multifidelidade no fórum de Aviação e compartilhou os recentes desenvolvimentos de métodos com a comunidade de praticantes de MDO. Foram realizados tutoriais juntamente com uma discussão sobre desafios emergentes e oportunidades de pesquisa.
Em Setembro, o painel de Tecnologias Aplicadas a Veículos da Organização de Ciência e Tecnologia da OTAN organizou um workshop sobre métodos de multifidelidade para concepção de veículos militares em Varna, Bulgária. O workshop contou com artigos e apresentações sobre aplicações aéreas, espaciais, marítimas e outras aplicações da academia, indústria e laboratórios governamentais. O Research Task Group também publicou problemas de benchmark MDO.
Colaboradores: James T. Allison, Dean E. Bryson, Justin Gray, Andy Keane, Hyunsun Alicia Kim, Andrew Lampkin, Laura Mainini, Martin Muir, Felipe Viana, Karen Willcox e Anil Yildirim