Aerospace Science and Technology
Volume 9, Issue 3 , April 2005, Pages 191-201

Numerical optimization of helicopter rotor aerodynamic performance in hover

A. Le PapeCorresponding Author Contact Information, E-mail The Corresponding Author and P. Beaumier

Applied Aerodynamic Department, ONERA, Châtillon, France

Received 5 December 2003; revised 6 July 2004; accepted 2 September 2004. Available online 19 February 2005.


Abstract

An optimization procedure for helicopter rotor aerodynamic performance is presented. This optimization procedure is centered on the numerical optimizer CONMIN, a gradient-based method that minimizes a functional under constraints. The optimizer has been coupled to a 3D Navier–Stokes CFD solver elsA, and applied to helicopter rotor optimization in hover.

The optimization chain and its components are first described. Several validations and applications are then presented starting from the 7A and 7AD rotor geometries with optimization of the different blade shape parameters (twist, chord, sweep and anhedral distribution). The efficiency and the robustness of the method are then tested for some more complex applications starting from the ERATO rotor. Finally a synthesis is made showing that the optimization chain is an helpful tool for the design of new helicopter rotors.
Résumé

Une procédure d'optimisation des performances aérodynamiques des rotors d'hélicoptère est présentée. Cette procédure d'optimisation est articulée autour de l'optimiseur CONMIN, une méthode de gradient, qui minimise une fonction sous contraintes. Cet optimiseur a été couplé au solveur Navier–Stokes 3D elsA et appliqué à l'optimisation des rotors d'hélicoptères en vol stationnaire.

La chaîne d'optimisation et les éléments qui la composent sont d'abord décrits. Plusieurs validations et applications sont ensuite présentées, avec les rotors 7A/7AD comme point de départ de l'optimisation, sur les différents paramètres de forme de la pale (lois de vrillage, corde, flèche, dièdre). L'efficacité et la robustesse de la méthode sont ensuite testées sur des applications plus complexes à partir du rotor ERATO. Enfin la synthèse des optimisations menées montrent que la chaîne d'optimisation développée est un outil applicable au design de nouveaux rotors d'hélicoptère.

Résumé

Une procédure d'optimisation des performances aérodynamiques des rotors d'hélicoptère est présentée. Cette procédure d'optimisation est articulée autour de l'optimiseur CONMIN, une méthode de gradient, qui minimise une fonction sous contraintes. Cet optimiseur a été couplé au solveur Navier–Stokes 3D elsA et appliqué à l'optimisation des rotors d'hélicoptères en vol stationnaire.

La chaîne d'optimisation et les éléments qui la composent sont d'abord décrits. Plusieurs validations et applications sont ensuite présentées, avec les rotors 7A/7AD comme point de départ de l'optimisation, sur les différents paramètres de forme de la pale (lois de vrillage, corde, flèche, dièdre). L'efficacité et la robustesse de la méthode sont ensuite testées sur des applications plus complexes à partir du rotor ERATO. Enfin la synthèse des optimisations menées montrent que la chaîne d'optimisation développée est un outil applicable au design de nouveaux rotors d'hélicoptère.

Keywords: Optimization; CONMIN; Hover; Rotor; elsA
Mots-clés: Optimisation; CONMIN; Vol stationnaire; Rotor; elsA


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