Awọn anfani:
- Ni anfani lati ṣe alaye bii a ṣe lo AI ni iṣeto, itumọ abajade ati iran awoṣe surrogate ninu ilana awọn agbara ito iṣiro (CFD).
- Agbara lati yara ọlọjẹ aaye apẹrẹ nla kan ati ipo awọn geometries oludije pẹlu awọn awoṣe aropo ti o da lori ẹrọ
- Agbara lati fọwọsi awọn abajade aerodynamic ti AI-agbara pẹlu isọdọkan, ominira nẹtiwọọki, ati awọn ami iyasọtọ ti ara
Bii iyẹ kan ṣe n ṣe agbega, bawo ni fuselage ṣe pin afẹfẹ, bawo ni oju iṣakoso kan ṣe ntan ṣiṣan; Aerodynamics jẹ imọ-jinlẹ ti awọn ipa alaihan wọnyi. Onimọ-ẹrọ naa kọ awọn ipa wọnyi ni awọn ọna meji: nipasẹ idanwo ni oju eefin afẹfẹ tabi nipasẹ awọn agbara ito omi iširo kọnputa (CFD; Computational Fluid Dynamics, ọna ti o yanju awọn idogba ṣiṣan ni nọmba lori nẹtiwọọki iṣiro). CFD lagbara ṣugbọn gbowolori: ṣiṣe eka kan le gba awọn wakati, paapaa awọn ọjọ, ti nso aaye apẹrẹ kan. Ẹlẹrọ ti o fẹ gbiyanju awọn ọgọọgọrun ti awọn aṣa nṣiṣẹ sinu igo kan nibi.
Imọran atọwọda (AI) ṣii igo yii ni awọn aaye meji. Ni akọkọ, ninu ilana CFD funrararẹ: iṣakoso iṣeto, itumọ abajade ati ijabọ. Ẹlẹẹkeji, ati iyipada diẹ sii, jẹ awọn awoṣe aropo (awoṣe ikẹkọ ẹrọ ti o kọ ibatan igbewọle-jade ti kikopa gbowolori ati funni ni asọtẹlẹ isunmọ ni iṣẹju-aaya). Ṣeun si awoṣe surrogate, aaye apẹrẹ nla ti ṣayẹwo ni iṣẹju-aaya dipo awọn wakati, awọn oludije diẹ ti o ni ileri ni a yan, ati pe wọn nikan ni iṣiro pẹlu CFD ni kikun pẹlu iṣedede giga. Ninu ẹyọ yii, a ṣetọju ofin aileyipada nigbati o ba nfi AI sinu ṣiṣanwọle yii: ko si awọn abajade ṣiṣanwọle ti a gba laisi iṣafihan isọpọ ati ominira nẹtiwọọki ati gbigbe nipasẹ àlẹmọ ti plausibility ti ara.
Awọn imọran: Iyipada: Iṣatunṣe ojutu ni iye igbagbogbo bi awọn iterations ti nlọsiwaju; Ti ko ba ni ibamu, abajade ko ni igbẹkẹle. Ominira apapo: Abajade ko yipada ni pataki nigbati o ba mu nẹtiwọọki akọọlẹ naa pọ. CL/CD: Olusọdipúpọ gbigbe / fa olùsọdipúpọ; ipilẹ odiwon ti aerodynamic ṣiṣe. Surrogate awoṣe: Yara isunmọ afarawe ti kikopa.
Ibi ti AI ni CFD Workflow
Ṣiṣe CFD kan ni awọn igbesẹ marun ni aijọju: igbaradi geometry, iran mesh, iṣeto ojutu, ṣiṣiṣẹ, ati sisẹ-ifiweranṣẹ. AI iranlọwọ otooto ni kọọkan igbese, sugbon o ko ni ni ik ọrọ lori eyikeyi ninu wọn.
Ninu iran mesh, AI le ṣe iṣiro aijọju giga sẹẹli ibẹrẹ ni ibatan si ibi-afẹde y+ fun ipinnu Layer ala. Fun yiyan awoṣe rudurudu (fun apẹẹrẹ k-omega SST) ninu iṣeto olutayo, o le daba awọn aṣayan ti o yẹ si ijọba sisan, pẹlu idalare. Ni iṣẹ-ifiweranṣẹ, eniyan le kọ iwe afọwọkọ Python lati yọkuro gbigbe, fa, ati awọn iyeida akoko lati ẹgbẹẹgbẹrun awọn laini ti faili awọn abajade ati ṣẹda igun kan ti idite gbigba ikọlu. Ṣugbọn boya iye y+ wa lori ibi-afẹde looto, boya awoṣe rudurudu ba sisan yii mu, ati boya abajade kojọpọ tabi rara ni a ṣayẹwo nipasẹ oju ẹlẹrọ.
Ibi ti a lo nigbagbogbo ni asọye abajade. Nigbati o ba beere lọwọ AI “kilode ti CL-alpha curve break ni awọn iwọn 14”, o leti o ṣeeṣe ti iduro (sisan ya sọtọ lati apakan bi igun ikọlu ti n pọ si ati gbigbe dinku) ati ṣe atokọ awọn itọkasi ipinya sisan ti o yẹ ki o ṣayẹwo. Eleyi jẹ a ilewq monomono; Awọn ìmúdájú jẹ lẹẹkansi ni awọn data.
Išọra: AI le tumọ abajade CFD ni irọrun, ṣugbọn ti abajade funrararẹ jẹ aṣiṣe, itumọ naa yoo tun jẹ aṣiṣe. Awọn gbolohun ọrọ "Eleyi fa iye jẹ reasonable" tumo si ohunkohun ti o ba ti ojutu ko ni converge. Ni akọkọ ṣayẹwo idiyele ti nọmba naa, lẹhinna asọye naa.
Awọn awoṣe Surrogate: Ṣiṣayẹwo aaye Apẹrẹ ni iṣẹju-aaya
Awọn kannaa ti iṣeto a surrogate awoṣe ni o rọrun. Ni akọkọ, ayẹwo ti a ti yan daradara (fun apẹẹrẹ awọn aaye apẹrẹ 40-80; apẹrẹ idanwo ti pin nipasẹ DoE) jẹ iṣiro pẹlu CFD ni kikun. Lẹhinna awoṣe ikẹkọ ẹrọ kan (ilana ilana Gaussian / kriging, iṣẹ ipilẹ radial tabi nẹtiwọọki nkankikan) ti ni ikẹkọ pẹlu awọn orisii igbewọle-jade wọnyi. Awoṣe naa sọ asọtẹlẹ CL/CD fun geometry tuntun ni iṣẹju-aaya. Ẹgbẹẹgbẹrun awọn oludije ni a ṣe ayẹwo pẹlu awoṣe ilamẹjọ yii, ati pe awọn oludije wiwa 3-5 ti o dara julọ jẹ iṣiro ati rii daju pẹlu CFD ni kikun.
Ojuami pataki nibi ni aarin igbẹkẹle. Awọn awoṣe bii Kriging n pese kii ṣe asọtẹlẹ nikan, ṣugbọn bii igboya ti wọn wa ninu asọtẹlẹ yẹn (aidaniloju). Aidaniloju dagba ni awọn agbegbe ti o jinna si awọn aaye ikẹkọ; Nibẹ, aaye CFD tuntun kan ti wa ni afikun dipo ti afọju ni igbẹkẹle awoṣe. Eyi “fi apẹẹrẹ tuntun kun nibiti aidaniloju ti ga” lupu ni a mọ bi ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ ati ṣiṣe ayẹwo aye nla pẹlu nọmba kekere ti awọn ṣiṣe gbowolori.
Ọna
Ọkan oniru ojuami iye owo
išedede
nigbawo
CFD ni kikun (RANS)
awọn aago
ga
Ijẹrisi ipari, nọmba kekere ti awọn oludije
Awoṣe aropo (kriging)
iṣẹju-aaya
Alabọde-giga (ni agbegbe ẹkọ)
Ṣiṣayẹwo aaye nla, iṣapeye
Panel / kekere ibere ọna
iṣẹju-aaya
kekere-alabọde
Imukuro ju tete, ti o ni inira agutan
afẹfẹ eefin
awọn ọjọ-ọsẹ
ti o ga julọ (gidi)
Ijẹrisi pataki, iwe-ẹri
Imọran: Maṣe lo awoṣe surrogate ni ita ibiti o ti bo nipasẹ data ikẹkọ (extrapolation). Ti awoṣe ba ti ni ikẹkọ pẹlu igun ikọlu ti awọn iwọn 5-15, iye ti o fun ni awọn iwọn 25 kii ṣe asọtẹlẹ, ṣugbọn iṣelọpọ. Bibeere AI lati “kọ sakani ikẹkọ ki o kọ awọn ibeere ita-aala” nigbati o ba kọ awoṣe tilekun pakute yii.
Ailagbara kiakia / Alagbara kiakia
Ibere ailagbara:
Se airfoil yi dara? Tumọ abajade CFD mi: CD = 0.009.
Ibere ti o lagbara:
Ipa: Iwọ jẹ onimọran onínọmbà aerodynamic; o waye ailewu-critical verification.Context: 2D airfoil RANS CFD onínọmbà (awọn iye ni o wa asoju): Tun = 1.5e6, Mach = 0.2, igun ti kolu 4 °, rudurudu awoṣe k-omega SST.Result: CL = 0.62, CD = 0.0091. Nẹtiwọọki: Awọn sẹẹli 180k, y + ~ 1.Task: 1) Ṣe atokọ awọn igbesẹ idaniloju ti Mo nilo lati ṣayẹwo ṣaaju ki o to gbero abajade ti o wulo (iyipada, ominira nẹtiwọki, y +) .2) Ṣe iṣiro ipin CL / CD ati ki o ṣe afiwe pẹlu ibiti o jẹ aṣoju fun kilasi profaili yii.3) Ṣe afihan awọn orisun aṣiṣe ti o ṣeeṣe ti iye ba dabi ifura.Constraint: Kọ ẹyọkan; Samisi ibi ti o ko ni idaniloju; Maṣe ṣe idajọ “o dara / buburu” asọye, fun eto ijẹrisi kan.
Awọn awoṣe Ti o le Daakọ
Awoṣe 1 - ero iṣeto CFD:
Fun iṣeduro iṣeto CFD fun ipo sisan atẹle (awọn iye aṣoju): Tun = [...], Mach = [...], geometry = [...]. Daba mi awọn idi wọnyi: awọn aṣayan awoṣe rudurudu ti o yẹ, ibi-afẹde y+ fun ipele ala ati iṣiro giga sẹẹli ibẹrẹ, awọn ipo ala. Fun yiyan kọọkan, ṣafikun akọsilẹ “idi” ati “ninu ọran wo yoo jẹ aṣiṣe.” Kọ awọn kuro ti awọn nọmba.
Awoṣe 2 - Apẹrẹ ti awọn adanwo (DoE) ati ero awoṣe aropo:
Mo ni [N] oniru oniyipada: [akojọ, pẹlu awọn sakani]. Lati ṣe ikẹkọ awoṣe aropo: (a) awọn aaye ayẹwo melo ati ọna iṣapẹẹrẹ wo (fun apẹẹrẹ Latin Hypercube) ni o ṣeduro; (b) iru iru awoṣe ti o yẹ ati idi ti; (c) bawo ni MO ṣe fọwọsi awoṣe (agbelebu-afọwọsi, ṣeto idanwo pipin). Ofin wo ni MO gbọdọ fa lodi si eewu ti afikun?
Àdàkọ 3 — Afọwọ́kọ̀ọ́ láti yọ àwọn olùsọdipúpọ̀ jáde láti inú fáìlì àbájáde CFD:
Lati ijabọ agbara CFD CSV (awọn ọwọn: aṣetunṣe, Fx, Fy, Fz) Pẹlu Python: (a) ṣe iṣiro convergedCL ati CD nipasẹ aropin 500 ti o kẹhin; (b) kọ iyapa boṣewa ti awọn aṣetunṣe 500 to kẹhin ki o ṣe afiwe rẹ pẹlu iloro lati ṣayẹwo isọpọ; (c) Idite CL-alpha fun igun ikọlu ọlọjẹ. Ṣeto agbegbe itọkasi ati titẹ agbara bi awọn paramita; Ṣe alaye akọọlẹ naa pẹlu awọn laini asọye.
Àdàkọ 4 — Ìbéèrè ìfọ̀kànbalẹ̀ àsọtẹ́lẹ̀ àwòṣe:
Awoṣe aṣoju kriging ti mo kọ ẹkọ fun CL = 0.71, aidaniloju (std) 0.02 fun asọtẹlẹ atẹle; aaye ibeere ni [inu / ita] ibiti ikẹkọ. (a) Ṣe ipele ti aidaniloju to lati ṣe ipinnu, bawo ni MO ṣe pinnu? (b) Ti aidaniloju ba ga, ni aaye wo ni MO yẹ ki n ṣafikun apẹẹrẹ CFD tuntun kan (erona ẹkọ ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ)? (c) Nigbawo ni MO yẹ ki n jẹrisi asọtẹlẹ yii pẹlu CFD ni kikun?
Awọn ọran Mini
Ọran 1 - Abajade ti kii ṣe apejọ ti mu. Ọmọ ile-iwe gba abajade CD = 0.0065 fun airfoil ati pe inu rẹ dun; CD aṣoju fun kilasi profaili wa ni iwọn 0.008-0.012, abajade dabi pe o dara julọ. Lilo ayẹwo isọdọkan ti a daba nipasẹ AI fihan pe olusọdipúpọ agbara ṣi wa ni oscillates (iyipada boṣewa 8% ti iwọn) ni awọn iterations to kẹhin. Nigbati ojutu naa ba papọ pẹlu awọn iterations diẹ sii, o duro ni CD = 0.0094. Ẹkọ: abajade “dara ju” nigbagbogbo jẹ abajade ti kii ṣe idapọ.
Ọran 2 - Surrogate awoṣe iyara soke nipa 200 igba. Ẹgbẹ kan nṣiṣẹ 60 ni kikun CFD gbalaye (~ 2 wakati kọọkan) fun a apakan pẹlu 6 jiometirika sile ati ki o irin a kriging surrogate awoṣe. Lẹhinna o ṣe ayẹwo awọn atunto oludije 5000 pẹlu awoṣe aṣoju ni awọn aaya 40, titọ awọn oludije 4 ti o dara julọ pẹlu CFD ni kikun. Pẹlu apapọ awọn ṣiṣe CFD 64, iṣiro inira kan jẹ deede si awọn ṣiṣe 5000. Iye akoko naa dinku lati ọsẹ si ọjọ meji. Ẹkọ: ṣiṣe kikopa gbowolori nikan ni awọn aaye afọwọsi, kii ṣe ni gbogbo aaye.
Case 3 - Extrapolation pakute. Onimọ-ẹrọ kan beere ibeere gbigbe ni awọn iwọn 18 si awoṣe surrogate ti a kọ pẹlu igun ikọlu iwọn 3-12; Awoṣe naa funni ni iye ti n pọ si laisiyonu bii CL = 1.6. Ni otitọ, apakan naa npadanu imudani ni ayika awọn iwọn 15 ati pe o dinku, ṣugbọn awoṣe surrogate naa gbooro sii taara nitori ko “wo” fisiksi yii. Onimọ-ẹrọ kọ abajade pẹlu ayẹwo ifojusọna ti ara ( ifojusona ti pipadanu ifaramọ ) ati ṣiṣe CFD ni kikun si agbegbe yẹn. Ẹkọ: awoṣe surrogate ko mọ fisiksi ju iwọn ikẹkọ rẹ lọ.
Awọn aṣiṣe ti o wọpọ
- Ko ṣayẹwo fun isọdọkan. Awọn onisọdipúpọ ti ojutu ti ko ni iyipada jẹ asan; Awọn ẹwa ti awọn awonya ni ko si lopolopo ti convergence.
- Bypassing ominira nẹtiwọki. Ti abajade ba da lori nẹtiwọọki, awọn idahun oriṣiriṣi wa pẹlu awọn nẹtiwọọki oriṣiriṣi; A ko le mọ eyi ti o tọ.
- Extrapolation ni surrogate awoṣe. Asọtẹlẹ ni ita ibiti ikẹkọ funni ni itẹsiwaju mathematiki, kii ṣe otitọ ti ara.
- Aidaniloju aidaniloju. Ti a ko ba lo alaye igbẹkẹle ti asọtẹlẹ Kriging, agbegbe ti awoṣe jẹ igbẹkẹle julọ ati agbegbe ti o kere ju ni a ṣe itọju kanna.
- Yiyan rudurudu awoṣe lainidii. Awoṣe rudurudu ti ko tọ jẹ ki paapaa idapọmọra ati ojutu ominira nẹtiwọọki ni ti ara ti ko tọ.
Ni soki
CFD jẹ ohun elo ti o lagbara ṣugbọn gbowolori; AI ṣe iyara lati awọn aaye meji: iṣakoso ilana (fifi sori ẹrọ, asọye, iwe afọwọkọ) ati ọlọjẹ aaye apẹrẹ nla ni iṣẹju-aaya pẹlu awọn awoṣe surrogate. Awoṣe surrogate jẹ ikẹkọ pẹlu nọmba kekere ti awọn ṣiṣe CFD ni kikun, ti a lo pẹlu aarin igbẹkẹle, ati pe awọn oludije to dara julọ ni dandan ni ifọwọsi pẹlu CFD ni kikun. Ko si awọn abajade ṣiṣanwọle ti a gba laisi ṣiṣayẹwo isọdọkan, ominira nẹtiwọọki, ati ipolowo ti ara. AI yoo fun ilewq ati iyara; Oludajọ ikẹhin ti fisiksi jẹ data.
Ohun elo iṣẹ-ṣiṣe
Ṣetumo oju iṣẹlẹ ṣiṣe CFD kan fun airfoil tabi geometry ti o rọrun (aṣoju, kii ṣe data iṣẹ akanṣe gangan). Lilo AI, (a) ṣe atokọ awọn igbesẹ afọwọsi ṣaaju ki o to gbero abajade ti o wulo, (b) tẹjade iwe afọwọkọ Python kan ti o fa awọn iye-iye lati inu faili abajade ati ṣayẹwo laini ọgbọn rẹ nipasẹ laini, (c) mura eto lati kọ awoṣe aropo (awọn apẹẹrẹ melo, ọna wo, bii o ṣe le fọwọsi). Ṣe afiwe abajade kan si iwọn aṣoju ki o ṣe iṣiro iṣeeṣe rẹ.
akojọ ayẹwo
- [] Mo ti ṣe a convergence ayẹwo fun kọọkan CFD esi.
- [] Mo beere boya ominira nẹtiwọki ti ṣe afihan.
- [] Mo ṣe afiwe awọn iye-iye bii CL/CD si iwọn kilasi aṣoju.
- [] Mo lo awoṣe surrogate nikan laarin sakani ikẹkọ.
- [] Mo ṣe ipinnu sinu ipinnu aidaniloju ti awọn asọtẹlẹ awoṣe surrogate.
- [] Mo jẹrisi awọn oludije to dara julọ pẹlu CFD ni kikun.