Aeroacoustic optimization of propellers

This work presents the progress carried out in the coupled CAA-CFD optimization framework inside SU2 for cases with axial symmetry. The pressure fluctuations at the body are obtained using CFD and propagated to the farfield using the FW-H formulation, then an AD-based discrete adjoint computes the sensitivities. To reduce the computational cost the unsteady simulation is replaced by a steady one and a rotating reference frame (RRF). Moreover, the application of periodic boundary conditions in the CFD simulation opens the possibility of studying multi-blade propellers by just analyzing a single blade. These techniques are applied to an optimization case in which the shape of a propeller blade is modified to reduce the noise signature while keeping the thrust constant. The proposed framework strongly reduces the average sound pressure level (SPL) for a mic positioned at a distance of ten times the radius.

Questo lavoro presenta il progresso compiuto nel framework di ottimizzazione CAA-CFD accoppiato dal risolutore multifisico open source SU2 per casi con simmetria assiale come le pale eliche. In questo framework le equazioni RANS vengono utilizzate per risolvere il flusso attorno al corpo, la formulazione FW-H propaga le fluttuazioni di pressione al campo lontano, quindi un adjoint discreto basato su AD calcola le sensibilità. Le equazioni RANS vengono risolte utilizzando un sistema di riferimento rotante (RRF), sostituendo la simulazione instabile con una simulazione stabile e un insieme di rotazioni rigide, riducendo il costo computazionale. L'applicazione riuscita delle condizioni al contorno periodiche lungo semipiani di simmetria radiale nella simulazione CFD apre la possibilità di studiare eliche multipala analizzando solo una singola pala. Queste tecniche vengono applicate a un caso di ottimizzazione in cui la forma di una pala dell'elica viene modificata per ridurre la firma del rumore in una singola posizione dell'osservatore mantenendo costante la spinta. Il framework proposto riduce fortemente il livello medio di pressione sonora (SPL) per un microfono posizionato a una distanza di dieci volte il raggi.