Bättre flygmotorer med hjälp av automatisk designoptimering
Ökade bränslepriser och krav på minskat buller och utsläpp av luftföroreningar är starka drivkrafter för att utveckla nya effektivare flygmotorer.När det gäller designen av en flygmotor är utformningen av bladen i fläkt, kompressor och turbin viktig för att få så bra prestanda som möjligt.
Jörgen Burman vid Luleå tekniska universitet disputerar i dag den 5 maj med sin avhandling Geometry Parameterisation and Response Surface-Based Shape Optimisation of Aero-Engine Compressors.
På senare år har numeriska beräkningsmetoder blivit allt vanligare tack vare utvecklingen av simuleringsmetoder och kraftfulla datorer. Användningen av datorsimuleringar har reducerat behovet av dyra och tidskrävande experiment.
För att till exempel studera hur luften strömmar kring ett fläktblad kan man använda ett numeriskt strömningsberäkningsprogram eller CFD-program efter engelskans Computational Fluid Dynamics. Genom att tolka resultaten från CFD-beräkningen kan man, med viss erfarenhet, få en uppfattning om hur geometrin ska förändras för att bättre uppfylla kraven. Det blir då möjligt att med upprepade CFD-beräkningar med stegvis förbättrad geometri uppnå en design som uppfyller kraven. Detta arbetssätt innebär att tekniska konstruktioner baseras mycket på intuition och erfarenhet hos ingenjörerna.
Automatisk designoptimering som forskningsprojektet behandlat är ett hjälpverktyg för att söka den optimala designen och reducera antalet iterationer (upprepade beräkningar). Det senare är viktigt eftersom varje upprepad beräkning i optimeringen omfattar en CFD-beräkning som är väldigt tidskrävande även på de snabbaste datorerna (1 dygn eller längre är inte ovanligt).
Automatisk designoptimering innebär att man minimerar en målfunktion som definieras utifrån de krav som ställs på funktionen, till exempel minsta avvikelse från specificerad tryckfördelning. För att detta ska vara möjligt krävs det att geometrin parametriseras, det vill säga ges en fullständig beskrivning av en uppsättning parametrar. Dessa parametrar som kallas designvariabler är då att betrakta som okända och optimeringsalgoritmens uppgift är att finna den parameteruppsättning som ger det minsta värdet på målfunktionen.
I projektet har ett program för att parametrisera bladgeometrier utvecklats och implementerats med en optimerare.
Forskningsprojektet har utförts i samarbete med Volvo Aero Corporation i Trollhättan.
Upplysningar: Jörgen Burman tel. 0920-49 13 20, Jorgen.Burman@mt.luth.se eller Lena Edenbrink tel. 0920-49 16 22, Lena.Edenbrink@adm.luth.se
