Rühle, T: Beitrag zur optimalen, mehrkriteriellen Axialverdi

Der Entwurf von Hochdruckverdichtern für moderne Flugtriebwerke unterliegt einem zeitaufwändigen, iterativen Prozess, der aus mehreren Entwurfsschritten mit zunehmendem Detaillierungsgrad der Berechnungsmodelle besteht. Die bisherigen anspruchsvollen Anforderungen nach Effizienz und stabilem Betrieb werden nun durch die Anforderung nach kurzen Entwicklungszeiten ergänzt. Die in Zukunft wichtige schnelle Triebwerksentwicklung und die zeitaufwändigen Analysen der Detailauslegung verlangen die Berücksichtigung des Optimierungspotentials bereits in den ersten Entwurfsschritten. Dabei ist die automatische Mehrkriterien-Optimierung ein wichtiges Hilfsmittel.Der Fokus der vorliegenden Arbeit ist die Generierung eines automatischen Übergangs von der Mittelschnitts- zur Meridianströmungsrechnung, wobei optimale Radialverteilungen für die Stufendruckverhältnisse und die Statorabströmwinkel gesucht werden. Es wird die Formulierung des Optimierungsproblems mit einer großen Anzahl von Nebenbedingungen beschrieben sowie verschiedene Parametrisierungsstrategien untersucht. Als Optimierungskriterien dienen der polytrope Wirkungsgrad und der Pumpgrenzabstand. Die für eine erfolgreiche Optimierung notwendige Parametrisierung wird mit Hilfe von Freiformkurven und -flächen realisiert.Als Ergebnis der Arbeit steht ein gekoppelter Mehrkriterien-Optimierungsprozess der die Analysen der Mittelschnitts- und Meridianströmungsrechnung enthält. Dieser ist mit Hilfe des Prozessintegrationswerkzeugs Isight erstellt worden und ist in der Lage, die Nebenbedingungen sowohl der Mittelschnitts- als auch der Meridianströmungsrechnung zu prüfen. Dieser Optimierungsprozess liefert eine Vielzahl von Pareto-optimalen Entwürfen, dessen Vielfalt hilfreich für eine objektive Entscheidungsfindung eines Entwurfes ist.