CFD Software von ONERA, DLR und Airbus (CODA)

CODA ist die Software für numerische Strömungsmechanik (CFD), die im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen dem französischen Luft- und Raumfahrtlabor ONERA, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Airbus und ihren europäischen Forschungspartnern entwickelt wird. Das Verfahren arbeitet auf unstrukturierten Rechennetzen und unterstützt dabei generische Elementtypen, Netzdarstellungen höherer Ordnung, Netzadaption mit hängenden Knoten und eine neuartige Technik im Umgang mit (potentiell) überlappenden Teilnetzbereichen. Es bietet damit eine sehr hohe Flexibilität in der Nutzung. Etablierte sowie fortschrittliche räumliche und zeitliche Diskretisierungsverfahren höherer Ordnung erlauben dabei eine hochgenaue Berechnung der Strömungsfelder. Starke implizite Lösungsverfahren ermöglichen im Zusammenspiel mit der vom DLR entwickelten dedizierten Bibliothek für lineare Löser Spliss (Sparse Linear System Solver) eine effiziente Berechnung der diskreten Lösungen. Durch eine hybride Parallelisierung kann CODA auf aktuellen und künftigen Hochleistungs-Rechenclustern bei hervorragender paralleler Skalierbarkeit eingesetzt werden, wodurch die Durchlaufzeit einzelner Simulationen drastisch reduziert werden kann. Eine durchgängige, konsistente Linearisierung ermöglicht den Einsatz Gradienten-basierter, adjungiert-unterstützter Optimierungsverfahren für den Einsatz bei Entwurfsaufgaben. Neben dem Fokus auf kompressible Strömungsgleichungen werden Erweiterungen für den inkompressiblen Strömungsbereich sowie für Strömungen mit starken Verdichtungsstößen bei hohen Machzahlen entwickelt. Zur Nutzung über den rein aerodynamischen Kontext hinaus ist CODA als Plugin in die modulare multidisziplinäre FlowSimulator-Simulationsplattform integriert.

• unstrukturierte Rechennetze (Tetraeder, Prismen, Pyramiden, Hexaeder, Polyeder)
• Behandlung überlappender und/oder berührender Teilnetzbereiche sowie hängender Knoten (insbesondere für adaptive Netzverfeinerung)
• zell-zentriertes Finite-Volumen-Verfahren und räumliche Diskretisierungsverfahren höherer Ordnung (Discontinuous-Galerkin-Verfahren mit und ohne Kollokation)
• explizite und implizite Zeitschrittverfahren und Frequenzbereichsverfahren
• starke implizite Lösungsverfahren
• konsistente Adjungierte mittels Automatischer Differentiation
• nahtlose Integration in das multi-disziplinäre Simulationsframework FlowSimulator
• kompressibler und inkompressibler Modus, separate Erweiterung für hohe Machzahlen
• hybride Parallelisierung mit Multithreading und MPI
• umfangreiche Qualitätssicherungsmaßnahmen

Das Hauptanwendungsgebiet von CODA liegt in der Berechnung aerodynamischer Effekte, also in der Bestimmung von Kräften und Momenten, die durch die Umströmung von Fluggeräten auf diese ausgeübt werden, sowie deren räumliche Verteilung über die Körperoberflächen. Hierbei liegt ein Fokus auf der hochgenauen Bestimmung dieser Größen. Im Zusammenspiel mit anderen Elementen der multidisziplinären Simulationsplattform können zudem die Wechselwirkungen zwischen Strömung und Struktur sowie flugmechanische und -dynamische Effekte bewertet werden. Neben der Analyse bestehender Konfigurationen kann das Verfahren dabei auch zum Entwurf neuartiger Konzepte eingesetzt werden.