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Dezember 2011
Peter Flassig
Unterstützende Optimierungsstrategien zur robusten aerodynamischen Verdichterschaufelauslegung
Auf dem Gebiet der virtuellen Entwicklung von Verdichterschaufeln ist das Konzept der numerischen Mehrkriterien-Optimierung zu einem wichtigen Bestandteil gereift. Durch die automatisierte Suche nach optimalen Lösungen steht dem Entwurfsingenieur ein wichtiges Werkzeug zur Verfügung, um den gewachsenen Anforderungen an heutige Verdichter entgegnen zu können und Lösungen für komplexe Problemstellungen auch unter dem Druck von immer kürzer werdenden Entwurfszyklen zu finden.
Ein wesentliches Ziel für zukünftige Triebwerksgenerationen ist, die Überarbeitung (engl. Rework) von bereits entwickelten Produkten zu vermeiden. Hierzu rückt das Bewusstsein des Ingenieurs immer mehr darauf, real stets vorhandene Unsicherheiten aufgrund von Produktionsstreuungen oder variierenden Umwelteinflüssen bereits während der Auslegung zu berücksichtigen. Im Ergebnis kann damit ein Entwurf gefunden werden, der deutlich dazu beiträgt, spätere Überarbeitungen infolge von Robustheitsdefiziten zu vermeiden. Eine rein auf Determinismus fußende Auslegungsphilosophie kann dies nicht leisten, da sie stets nur das ideale Verhalten betrachtet oder an die Grenzen der Anforderungen geht, wohl aber Entwicklungsstrategien, die Optimierung und Robustheit koppeln und damit zugleich robuste und bestmögliche Entwürfe suchen.
Ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit besteht deshalb darin, unterstützende Strategien und Prozesse für die robuste, aerodynamische Verdichtergestaltung zu entwickeln. Es wird gezeigt, wie eine deterministische Problemformulierung in eine probabilistische Entwurfsaufgabe überführt werden kann, wie repräsentative Stichproben von Eingangsstreuungen erzeugt werden, und wie Antwortflächenverfahren und Parallelisierungskonzepte erheblich zur Rechenzeitreduktion beitragen können. Am Beispiel einer robustheits- und zuverlässigkeitsbasierten Optimierung einer Verdichterschaufelsektion unter realen Produktionsstreuungen wird nicht nur die Notwendigkeit einer solchen Auslegungsprozedur gezeigt, es wird auch vielmehr die Machbarkeit aus industrieller Sicht demonstriert.
Ein wesentliches Ziel für zukünftige Triebwerksgenerationen ist, die Überarbeitung (engl. Rework) von bereits entwickelten Produkten zu vermeiden. Hierzu rückt das Bewusstsein des Ingenieurs immer mehr darauf, real stets vorhandene Unsicherheiten aufgrund von Produktionsstreuungen oder variierenden Umwelteinflüssen bereits während der Auslegung zu berücksichtigen. Im Ergebnis kann damit ein Entwurf gefunden werden, der deutlich dazu beiträgt, spätere Überarbeitungen infolge von Robustheitsdefiziten zu vermeiden. Eine rein auf Determinismus fußende Auslegungsphilosophie kann dies nicht leisten, da sie stets nur das ideale Verhalten betrachtet oder an die Grenzen der Anforderungen geht, wohl aber Entwicklungsstrategien, die Optimierung und Robustheit koppeln und damit zugleich robuste und bestmögliche Entwürfe suchen.
Ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit besteht deshalb darin, unterstützende Strategien und Prozesse für die robuste, aerodynamische Verdichtergestaltung zu entwickeln. Es wird gezeigt, wie eine deterministische Problemformulierung in eine probabilistische Entwurfsaufgabe überführt werden kann, wie repräsentative Stichproben von Eingangsstreuungen erzeugt werden, und wie Antwortflächenverfahren und Parallelisierungskonzepte erheblich zur Rechenzeitreduktion beitragen können. Am Beispiel einer robustheits- und zuverlässigkeitsbasierten Optimierung einer Verdichterschaufelsektion unter realen Produktionsstreuungen wird nicht nur die Notwendigkeit einer solchen Auslegungsprozedur gezeigt, es wird auch vielmehr die Machbarkeit aus industrieller Sicht demonstriert.
Schlagwörter: Robustheit; Verdichterauslegung; Aerodynamik; Mehrkriterien-Optimierung
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