LS Technische Mechanik und Fahrzeugdynamik
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BTU
Contradictory Integer Objective Approaches for Mixed-variables Evolutionary Optimization Problems
(2014)
Der Beginn einer Triebwerksentwicklung wird in den meisten Fällen durch die Anfrage eines Flugzeugherstellers angestoßen, der ein Antriebssystem für ein neues Flugzeug sucht. Wegen der Komplexität von Flugtriebwerken definieren die vom Flugzeughersteller formulierten Anforderungen nur einen Bruchteil der für die Auslegung benötigten Systemvariablen. Damit bleibt Spielraum und die Aufgabe der Ingenieure, ein Konzept zu entwickeln, welches den Anforderungen in möglichst effizienter, sicherer und zuverlässiger Weise genügt.
Die hier betrachtete Triebwerksvorauslegung folgt dem verbreiteten Ansatz, die Auslegung mit der Leistungsrechnung zu beginnen, um die thermodynamischen Zustandsgrößen an den verschiedenen Triebwerkspositionen für verschiedene Betriebspunkte zu bestimmen. Für eine verbesserte Abbildung des Verhaltens einzelner Triebwerkskomponenten wird auf Charakteristiken vermessener Systeme zurückgegriffen, wobei deren wesentliche Parameter mit empirischen Skalierungsverfahren an das aktuelle System adaptiert werden. Damit können Wirkungsgrade und spezifische Parameter einzelner Triebwerkskomponenten sowie deren geometrische Eckpunkte zur Darstellung erster Triebwerksquerschnitte genauer vorausgesagt werden.
Die vorliegende Arbeit präsentiert einen Ansatz, wie die für die Triebwerksvorauslegung verwendeten Prozesskomponenten in einen automatisierten Prozess integriert werden können, um eine Vielzahl an Entwürfen in kurzer Zeit auszuwerten. Dafür werden die Vorteile von Programmiersprachen wie Java gegenüber von Excel erläutert und ein Ansatz für die Überführung von Excel-Tabellen in Java-Programme vorgestellt. Die Automatisierung ermöglicht die Unterstützung der Auslegung durch numerische Mehrkriterienoptimierungsverfahren. Deren industrielle Anwendbarkeit wird anhand von Beispielen demonstriert, bei denen gleichzeitig die Triebwerksmasse und der spezifische Treibstoffverbrauch minimiert werden. Es wird außerdem dargelegt, wie gut sich Antwortflächenverfahren für die Triebwerksvorauslegung eignen und diese zu einer hohen Prozessbeschleunigung beitragen. Eine mögliche Verknüpfung der Gesamtvorauslegung und Komponentenvorauslegung wird am Beispiel des Hochdruckverdichters demonstriert. Hier wird die Mehrkriterienoptimierung als Werkzeug verwendet, um initiale Datensätze für weiterführende Auslegungsverfahren mit erhöhtem Detailierungsgrad zu generieren.
Simulation studies on an active all-wheel-steering car show that disturbance of vehicle parameters have high influence on lateral car dynamics. This motivates the need of robust design against such parameter uncertainties. A specific parametrisation is established combining deterministic, velocity dependent steering control parameters with partly uncertain, velocity independent vehicle parameters for simultaneous use in a numerical optimisation process. Model-based objectives are formulated and summarized in a multi-objective optimisation problem where especially the lateral steady state behaviour is improved by an adaption strategy based on measurable uncertainties. The normally distributed uncertainties are generated by optimal Latin hypercube sampling and a response surface based strategy helps to cut down time consuming model evaluations which offers the possibility to use a genetic optimisation algorithm. Optimisation results are discussed in different criterion spaces and the achieved improvements confirm the validity of the proposed procedure.
A design change from bladed disk to blisk leads to stronger endurance limits. The paper deals with aerofoil adaption of a blisk within a multi-criterion optimisation loop. Blisks are more sensitive to external excitation since mechanical damping is very low. Thus stronger limits have to be applied which are hard to be fulfilled and hence it requires the use of numerical optimisation. Combination of 2D CFD and FEM in a common optimisation loop to re-design a given blisk. Determination of relevant features for improving blisk endurance. Modern process integration and multi-criterion optimisation tools in combination with today's increased computational power allow to perform mulitphysics design even in the case of complex industrial design tasks.
Substituting an intuitive human design search by an automated design process for compressor blade roots and rotor grooves driven by numerical optimization. The design of industrial gas turbines is a highly complex task where the engineer typically run a lot of design cases intuitively and manually in order to find only acceptable design solution which is usually a time consuming procedure.
Research project funded by Alstom, Switzerland. The research shows the benefit of applying optimization methods to an industrial design process.
The paper shows a methodology for designing a complex system in a collaborative design environment by sharing information on autonomous subsystems and coupling parameters. Collaborative design is a current issue in aviation industry where intellectual property rights of individual companies prohibit a common evaluation model. State of the art approaches based on nested local optimisation loops are not sufficient if time-consuming component analyses are involved. A new approach for collaborative design is developed where the overall optimisation of a complex system is split into subsystem optimisation problems. Coupling parameters are treated as local design variables and only optimal coupling parameters are exchanged regularly. Application to a test example shows a huge time reduction and improved probability for finding the global optimum. Advantages are also demonstrated for an industrial design task.
Beschleunigung der Triebwerksauslegung durch Verwendung problemangepasster Isight-Komponenten
(2011)
VIT 3 - Extended Design Processes Using Synergy Effects from Previous Virtual Turbo-Engine Projects
(2010)
Ein Verfahren zur optimalen Hochdruckverdichterauslegung auf Basis der Meridianströmungsrechnung
(2010)
Entwicklung eines physikalischen Dämpfermodells zur Analyse und Optimierung des Fahrverhaltens
(2010)
Untersuchung von Kraftfahrzeugen auf Empfindlichkeit gegen bremserregte Lenkraddrehschwingungen
(2007)
A Method for Using Multi-objective Optimization within the Rolls-Royce meanline Prediction Process
(2005)