Enhancing airfoil design optimization surrogate models using multi-task learning: Separating airfoil surface and fluid domain predictions

翼型 物理 计算流体力学 领域(数学分析) 曲面(拓扑) 任务(项目管理) 机械 航空航天工程 数学分析 几何学 系统工程 数学 工程类
作者
Xin Hu,Bo An,Yuelin Guan,Dong Li,Fernando Mellibovsky,Weimin Sang,Gang Wang
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:37 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0258928
摘要

Computational fluid dynamics is essential for airfoil design optimization. Typically, it involves numerous numerical procedures such as grid generation, boundary condition setup, and simulations, leading to high computational costs and extended research periods, which pose a long-standing challenge to aerodynamic development. Recently, the data-driven deep learning method has emerged as a new approach, significantly reducing computational time. However, these models have difficulties maintaining the desired accuracy, particularly when balancing surface characteristics with internal volume features. In this study, we introduce a novel method utilizing the multi-task learning (MTL) to handle surface and volume predictions as interconnected yet distinct tasks. By employing multi-head neural network architectures and advanced MTL optimization strategies, our approach effectively resolves the inherent conflicts between airfoil surface and fluid domain predictions. Our method demonstrates significant improvement in predictive accuracy of both flow fields and the aerodynamic force coefficients. Extensive numerical experiments were conducted using an open-source dataset that includes flow field data for various airfoil shapes under different flight conditions. The results indicate that our MTL-based surrogate model outperforms existing models, providing more reliable and efficient tools for practical applications in aerodynamic engineering.
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