Towards Universal Parameterization: Using Variational Autoencoders to Parameterize Airfoils

翼型 计算机科学 应用数学 人工智能 数学 物理 机械
作者
Kilian Swannet,Carmine Varriale,Anh Khoa Doan
标识
DOI:10.2514/6.2024-0686
摘要

A design can only be as good as its mathematical representation. In engineering design optimization, the chosen method of parameterization can have significant impact on the outcomes. This paper introduces a novel methodology for airfoil design parameterization utilizing variational autoencoders (VAEs), a class of neural networks known for their proficiency in reducing dimensionality. However, a significant challenge with VAEs is the interpretability of the encoded latent space. This work aims to address this issue by creating a network with an interpretable latent space, yielding parameters that are understandable to humans. The effectiveness of this approach is evaluated using the comprehensive UIUC airfoil database, which offers a diverse range of airfoil shapes for analysis. We show that a VAE can successfully extract key features of airfoil geometries and parameterize them using six parameters, which show a clear correlation with airfoil properties in a way that remains understandable by the designer. Additionally, it smoothly interpolates the data points, allowing the generation of new airfoils and thus offering a practical and interpretable airfoil parameterization.

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