Center of Computer Applications in Aerospace Science and Engineering (C²A²S²E)

Forschungsgebiete

In der Abteilung C²A²S²E werden numerische Verfahren und Prozesse zur multidisziplinären Simulation und Optimierung von Fluggeräten entwickelt. Die Forschungsaktivitäten umfassen neben der physikalischen Modellierung komplexer Strömungen und der Entwicklung fortschrittlicher Lösungsalgorithmen auch die Einbindung aller relevanten Disziplinen, die Entwicklung effizienter Optimierungsstrategien sowie die Entwicklung von Ersatzmodellen auf Basis höherwertiger Verfahren. Dabei kommt der optimalen Anpassung der Verfahren an parallele Höchstleistungsrechner eine besondere Rolle zu. Der in der Abteilung entwickelte hybride Strömungslöser wird für einen breiten Anwendungsbereich in Forschung und Industrie routinemäßig eingesetzt. Darüber hinaus arbeitet die Abteilung an der Entwicklung eines Programmsystems für die multidisziplinäre Simulation und Auslegung von Windkraftanlagen.

Aktuelle Arbeiten der Abteilung

Modellierung turbulenter Strömungen für die industrielle Aerodynamik auf Basis von hochwertigen RANS-Modellen (Reynolds-Stress-Modellen) und skalenauflösenden Ansätzen (hybride RANS/LES, SAS, LES)
Entwicklung von flexiblen Methoden zur Modellierung des laminar/turbulenten Übergangs
Entwicklung fortschrittlicher CFD-Verfahren zur Simulation turbulenter Strömungen um komplexe Fluggeräte bei hohen Reynolds-Zahlen auf unstrukturierten Netzen (Mehrgitter, implizite Verfahren, Verfahren höherer Ordnung, Adaption)
Entwicklung eines CFD-Lösers der nächsten Generation (modernes Datenlayout, mehrstufige Parallelisierung, Zusammenführung unterschiedlicher Lösungsansätze, erweiterter Anwendungsbereich)
Anpassung der entwickelten Methoden für massiv-parallele Rechner mit hocheffizienter Prozessor-Kommunikation für die effektive Hardware-Nutzung
Hochgenaue, multidisziplinäre Manö-ver-Simulation unter Berücksichtigung von Aerodynamik, Struktur, Flugmechanik und Flugregelung sowie der Modellierung von Steuerflächen
Entwicklung von aerodynamischen und multidisziplinären Optimierungsverfahren (Adjungierten-Verfahren, ersatzmodellbasierte Optimierung)
Entwicklung und Bereitstellung von Ersatzmodellen zur effizienten Ermittlung von aerodynamischen Datensätzen und Lasten im gesamten Flugbereich (Verfahren reduzierter Ordnung, Fehlerschätzer)
Erarbeitung von Methoden zur Quantifizierung aerodynamischer Unsicherheiten mit Hilfe der numerischen Simulation, robuster aerodynamischer Entwurf
Entwicklung und Bereitstellung einer flexiblen Softwareumgebung zur multidisziplinären Simulation und Optimierung auf hochparallelen Rechnerarchitekturen

Ausstattung

- Anschluss an Hochleistungsrechner (PC CLUSTER)
- Lokales Workstation-Verbundnetz

Spezielle Methoden:
- Optimierte numerische Verfahren für Massive-Parallele Cluster mit Hochgeschwindigkeits
Interconneet
- Grafik-Software

Leistungsangebot

Softwareprodukte / Forschungswerkzeuge

TAU
Software zur Lösung der RANS-Gleichungen auf Basis einer Finite-Volumen-Diskretisierung zweiter Ordnung auf hybriden Netzen, als Produktionscode in der europäischen Flugzeugindustrie und als Werkzeug für Untersuchungen neuer Technologien in der Luftfahrtforschung etabliert
THETA
Variante des TAU-Codes mit optimiertem Lösungsalgorithmus für die Berechnung von inkompressiblen Strömungen, Plattform für die Untersuchungen von physikalischen Modellen (Turbulenz, Verbrennung, Mischung)
PADGE
Forschungs-Code zur Lösung der RANS-Gleichungen auf unstrukturierten Netzen auf Basis von adaptiven Discontinuous-Galerkin-Verfahren höherer Ordnung
FlowSimulator
Flexible Software-Umgebung für disziplinübergreifende gekoppelte Simulationen auf hochparallelen Rechnerarchitekturen
SMART
Toolbox zur Generierung von aerodynamischen Ersatzmodellen, Modellen reduzierter Ordnung und Modellen unterschiedlicher Eindringtiefen

Schlagworte

Strömungsmechanik, Aerodynamik, CFD, TAU, Navier-Stokes-Integrationsverfahren, unstrukturierte Netze (hybrid)

Areas of research

The C²A²S²E department’s main activity is the development of numerical methods and processes for the multi-disciplinary simulation and optimization of aircraft. In addition to the development of physical models for complex flows and cutting-edge solution algorithms, the department is also active in the development of efficient optimization strategies covering all relevant disciplines, as well as developing surrogate models of higher fidelity methods. The customization of numerical methods for optimal efficiency on high-performance computer clusters is of particular importance to the department. The hybrid flow-solver developed at C²A²S²E is routinely used for a wide range of simulations in both research and industry. The department is also involved in the development of a system for the multi-disciplinary simulation and design of wind turbines.
Current Activities at C²A²S²E

Modeling of turbulent aerodynamic flows for industrially relevant configurations using high-fidelity RANS models (Reynolds-Stress-Models) and scale-resolving approaches (hybrid RANS/LES, SAS, LES)
Development of flexible methods for the simulation of laminar-turbulent transition
Development of advanced CFD methods for the simulation of turbulent flows around complex aircraft configurations at high Reynolds-Numbers on unstructured grids (multi-grid, implicit methods, higher-order methods, adaptation)
Development of a next-generation CFD solver (modern data-layout, multi-level parallelization, combination of different solution methods, expanded application scope)
Tailoring the developed solution algorithms to the effective use of massively-parallel cluster architectures with highly efficient processor communication
Detailed, multi-disciplinary maneuver simulations including the effects of aerodynamics, structure, flight-mechanics and –control, as well as the modeling of control surfaces
Development of aerodynamic and multi-disciplinary optimization methods (adjoint methods, surrogate-model based optimization)
Development of surrogate models for the efficient determination of aerodynamic data and loads over the whole flight envelope (reduced-order models, error-estimation)
Formulation of methods for the quantification of aerodynamic uncertainties by use of numerical simulations, leading to more robust aerodynamic designs
Development and deployment of an adaptable simulation environment for multi-disciplinary simulations and optimizations on highly parallel cluster architectures

Keywords

Fluidmechanics, areodynamics, cfd, hybrid grids

Kontakt

Ansprechpartner/-in

Frau Dr. Cornelia Grabe
Funktion:
Abteilungsleitung
Telefon:
0551/709-2628
Telefax:
0551/709-2416

Forschungseinrichtung

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Göttingen
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Center of Computer Applications in Aerospace Science and Engineering (C²A²S²E)
Hausanschrift:
Bunsenstraße 10
37073 Göttingen
Stand: 21.03.2018