Techniques de calcul de gradient aéro-structure haute-fidélité. Application sur l'aile du CRM.

International audienceAerostructural optimization is a keystone process to concurrently improve aerodynamic performance and reduce the structural mass of an aircraft. However, gradient-based multidisciplinary design optimization is efficient only if the computation of gradients is fast and accurate. To this end, we propose two high-fidelity aerostructural gradient computation techniques for strongly coupled aeroelastic systems. In the specific context of this work, we focus on design variables affecting structural stiffness only. Scalar objective functions like aerodynamic performance criteria are considered, as well as a field of structural grid forces. The most intrusive technique includes well-established direct and adjoint formulations that require substantial implementation effort. In contrast, we propose an alternative uncoupled non-intrusive approach easier to implement and yet capable of providing accurate gradient approximations. The accuracy of these methods is first demonstrated on the ONERA M6 Wing test-case. Their efficiency and applicability are then illustrated via a mass minimization problem applied to the Common Research Model (CRM). Both methods lead to very similar optimal designs and the detailed analysis of results promotes the non-intrusive approach as a promising gradient computation alternative.L'optimisation aéro-structure est un outil essentiel pour améliorer la performance aérodynamique d'un avion tout en réduisant sa masse. Toutefois, l'optimisation multidisciplinaire basée sur les gradients est efficiente si le calcul de ces gradients est rapide et précis. A cette fin, nous proposons deux techniques de calcul de gradient aéro-structure haute-fidélité pour des systèmes aéroélastiques fortement couplés. Dans le contexte spécifique de ce travail, nous nous concentrons sur des variables de design impactant la rigidité de la structure uniquement. Des fonctions objectif scalaires comme la performance aérodynamique sont considérées, ainsi que des champs de forces nodales sur la structure. La technique la plus intrusive repose sur les formulations classiques directe et adjointe qui nécessitent un effort d'implémentation substentiel. Alternativement, nous proposons une approche découplée et non-intrusive, plus facile à implémenter et capable de fournir une approximation précise des gradients. Ces deux techniques ont été implémentées dans le logiciel de CFD elsA de l'Onera.La précision, l'efficience et l'applicabilité de ces méthodes sont démontrés sur le cas-test du Common Research Model (CRM). Plus spécifiquement, un problème inverse dont l'objectif est de retrouver en croisière une loi de vrillage cible sur l'aile du CRM est considéré. Les deux méthodes conduisent à des configurations optimales très proches, et les résultats sont présentés et discutés en détail