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Surfaces de réponse par krigeage pour l'optimisation de formes aérodynamiques

Laurenceau, Julien (2008) Surfaces de réponse par krigeage pour l'optimisation de formes aérodynamiques. (Kriging based response surfaces for aerodynamic shape optimization.)

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Abstract

Les simulations numériques RANS, utilisées en aérodynamique pour évaluer la performance d'une forme, sont coûteuses en temps de calcul. Comme une optimisation nécessite l'étude de plusieurs dizaines de formes différentes, ce coût limite le champ des problèmes envisageables. C'est donc en employant une technique efficace pour le calcul de gradients (méthode adjointe) et un algorithme d'optimisation par gradient (méthode quasi-Newton) que sont habituellement traités les problèmes de minimisation de traînée en conception à Airbus. Cet algorithme converge très rapidement, mais vers un optimum local. Dans ce contexte, un nouvel optimiseur basé sur des surfaces de réponse construites par une méthode de Krigeage est proposé. Appliqué sur différents cas tests (profil, voilure, configuration complète), celui-ci semble effectivement apporter de nouvelles possibilités aux concepteurs : à un surcout modéré, la solution obtenue est meilleure. De plus, cet optimiseur semble aussi capable de traiter des problèmes de grande dimension (48 variables) en interpolant le vecteur gradient aux points de construction du Krigeage. En optimisation multidisciplinaire, les surfaces de réponse sont largement employées pour échanger facilement des données entre différentes disciplines. Ainsi, une approche d'optimisation bi-niveau avec couplage fluide/structure par surface de réponse est étudiée. L'application considérée traite de l'intégration d'une installation motrice (positionnement) sur un avion de transport civil. ABSTRACT : Aerodynamic shape optimization problems based on flow simulations solving RANS equations are computationally expensive. In order to keep this cost acceptable, optimization problems are usualy solved using a gradient based optimization algorithm and an adjoint solver to efficiently compute the gradient of the objective function. This framework, implemented at Airbus, converges quickly but to a local optimum. In this thesis, a response surface based optimizer using kriging model is described and applied to aerodynamic test cases. Compared to the gradient based optimizer, it achieves better function values at a moderate additionnal cost. Moreover, the use of gradient enhanced kriging (or cokriging model) enables to efficiently apply this new optimizer to high dimensional problems (48 design variables). In a multidisciplinary context, a bilevel optimization framework was applied to solve a problem of fluid/structure powerplant integration. Using this framework, both disciplines considered were handled independantly by discipline specific solvers and the coupling was achieved thanks to response surfaces

Department:Centre Européen de Recherche et Formation Avancées en Calcul Scientifique - CERFACS (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Sagaut, Pierre
Uncontrolled Keywords:Optimisation - Krigeage - Cokrigeage - Gradient - Adjoint - Conception - Traînée - Aérodynamique - Multidisciplinaire. KEYWORDS : Optimization - Kriging - Cokriging - Gradient - Adjoint - Design - Drag - Aerodynamic – Multidisciplinary
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Civil engineering industry, materials, structure
Deposited On:10 May 2010

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