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Keywords
- 3D CAD Model (1)
- 3D CAD-Modell (1)
- Associativity (1)
- Assoziativität (1)
- Automation (1)
- Automatisierung (1)
- Compressor Map (1)
- Gas Path Designer; Annulus Contour; Generic Preliminary Design; Aircraft Engine (1)
- Gas Path; Annulus Contour; Generic Preliminary Design; Turbine; Compressor (1)
- Generic (1)
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Zukünftige Produktentwicklungen werden auf multidisziplinäre Optimierungen eines virtuellen Modells basieren, da nur sie die Interaktionen zwischen den beteiligten Disziplinen berücksichtigen. Beabsichtigt man beispielsweise ein Produkt hinsichtlich seiner aerodynamischen, thermodynami-schen und statisch-dynamischen Eigenschaften zu optimieren, ist es erforderlich, die Generierung der virtuellen Produktgeometrie zu automatisieren und die interessierenden Dimensionen, welche für die o.g. Disziplinen relevant sind, zu parametrisieren, d.h. flexibel zu gestalten und eine potenzielle Veränderung der Morphologie bzw. der Abmessungen vorzusehen. Wie eine flexible, für die Optimierung angemessene Geometrie zu erstellen ist, ist Gegenstand des vorliegenden Artikels. Dabei wird gezeigt, wie ein 3D CAD-Modell ausgehend von einer einfachen 2D Referenzgeometrie, welche aus Grundgeometrien besteht, und von generisch, parametrisch-assoziativen Benutzerformelementen (User-Defined Features, UDFs) zu generieren ist. Der methodische Ansatz wird am Beispiel eines Kerntriebwerks konkretisiert. Der vorgestellte Prozess ist ein Schritt in Richtung einer flexiblen Geometrieerstellung, die die Durchführung multidisziplinärer Optimierung ermöglicht.
Der Beginn einer jeden Triebwerksentwicklung startet mit der Auslegung des Ringraumes des Primärgasstromes. Hier müssen einige vorläufige aber auch grundlegende Entscheidungen zu Entwurfsparametern wie Eintrittsquerschnitte, Subsystemlängen, axiale Stufenanzahl in Verdichter und Turbine, usw. definiert werden. Für die Vorauslegung sollte die Palette an anfänglichen Entwurfsparametern so gering wie möglich gehalten werden, um die Menge an möglichen Ringraumentwürfen nicht frühzeitig einzuschränken. Dieses Paper präsentiert das Vorauslegungswerkzeug „Gas Path Designer“ (GPD), welches in der Lage ist Ringraumentwürfe für Turbotriebwerke über zeiteffiziente Berechnungsmethoden in kürzester Zeit bereitzustellen. Das Interface bietet eine Auswahl an Einstellungen, um die genannten Variationsmöglichkeiten zu unterstützen. Der Aufbau ist übersichtlich, um im Rahmen grundlegender konzeptorientierter Gespräche mit dem Kunden eine schnelle und beidseitig nachvollziehbare Variation und Visualisierung des Konzeptentwurfes zu ermöglichen. Des Weiteren können die erhaltenen Ringraumstrukturen der Triebwerksentwürfe als Leitstruktur für CAD-Programme sowie weiterführende Optimierungsstrategien genutzt werden.
An essential aspect in the whole engine modelling of modern aircraft engines is the preliminary design of the meridional gas path definition. Especially the annulus dimensioning and topological characterisation of engine core subsystems are usually time-consuming. This paper presents a holistic and parametric approach to predesign the geometric 2D annulus contours of compressor and turbine subsystems without complex thermodynamic calculations. It is based on distribution functions of the axial and radial dimensions, as well as the variations of compressor and turbine stages and realises a time-efficient re-dimensioning and topological variation of the complex annulus geometry. Parametric methods for an optimised arrangement of the blade stages in a turbomachinery subsystem configuration are shown and integrated into a mathematical model.