@phdthesis{Extra2024, author = {Extra, Simon Karl}, title = {Ein Beitrag zur ganzheitlichen Optimierung in der Kerntriebwerksvorauslegung}, doi = {10.26127/BTUOpen-7145}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71459}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2024}, abstract = {Die etablierte Methode der Kerntriebwerksvorauslegung, die den Pfad immer gr{\"o}ßerer Komplexit{\"a}t und Abbildungsgenauigkeit bei abnehmender Abstimmung und Interaktion zwischen den Komponenten des Kerntriebwerks beschreitet, kann eine Systemverbesserung nicht zuverl{\"a}ssig herbeif{\"u}hren. Dabei beginnt die Betrachtung des zu entwerfenden Triebwerks mit einer Gesamtbetrachtung und wird anschließend an weitgehend getrennte Expertengruppen {\"u}bergeben. In diesen wird dann mit Auslegungswerkzeugen steigenden Detailgrads von analytischen Rechnungen mit empirischer Unterst{\"u}tzung {\"u}ber Stromlinienkr{\"u}mmungsverfahren hin zu 3D-CFD-Methoden der Entwurf durchgef{\"u}hrt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Entwurfsprozess f{\"u}r das Kerntriebwerk weg von einer Optimierung einzelner Komponenten mit detaillierten Methoden hin zu einer ganzheitlichen Betrachtung der Qualit{\"a}t des Entwurfs zu f{\"u}hren. Dies {\"u}berwindet die oben beschriebenen Einschr{\"a}nkungen in der Auslegung und ist trotzdem in der Lage, auf bestehende validierte Analysewerkzeuge zur{\"u}ckzugreifen. Dazu werden die daf{\"u}r genutzten Kopplungsstrategien einer vergleichenden Untersuchung mithilfe eines analytischen Kerntriebwerksmodells unterzogen. Dabei wird die Wichtigkeit einer leistungsf{\"a}higen Kopplungsstrategie in Verbindung mit einem passenden Optimierungsalgorithmus dargestellt. Dies f{\"u}hrt nicht nur zu einer Verbesserung der Ergebnisqualit{\"a}t, sondern erm{\"o}glicht oftmals erst den Einsatz kooperativer Methoden. Ein Verfahren mit stochastischem Sampling und der Nutzung von Antwortfl{\"a}chen wird in diesem Kontext erl{\"a}utert und weiterentwickelt. Den Schnittstellen zwischen den Komponenten und ihrer Definition, Abbildung und Beeinflussung durch das Optimierungsverfahren kommt dabei entscheidende Bedeutung zu. Auf Basis dieses Vergleichs werden auf industriellen Methoden basierende Komponentenprozesse f{\"u}r die Analyse und Optimierung von Verdichter, Brennkammer und Turbine auf ihre Eignung im Rahmen einer ganzheitlichen Optimierung hin zun{\"a}chst untersucht und dann angepasst. Die evaluierten Kopplungsstrategien und die angepassten Komponentenoptimierungsprozesse werden in einen Systemoptimierungsprozess {\"u}berf{\"u}hrt. Dazu wird die gew{\"a}hlte Kopplungsstrategie hierf{\"u}r angepasst und demonstriert nach der Optimierung eine Verbesserung hinsichtlich der Systemzielfunktion, wodurch die Anwendbarkeit von kooperativen Auslegungsmethoden im industriellen Kontext gezeigt wird.}, subject = {Luftfahrtantriebe; Kerntriebwerk; Antwortfl{\"a}chen; Vorauslegung; Kopplungsstrategien; Aero engines; Core engine; Response surfaces; Pre-design; Coupling methods; Flugtriebwerk; Entwurf; Optimierung; Komplexes System; Bemessung}, language = {de} }