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Neben der „manuellen“ Optimierung eines Design im Rahmen einer durchgängigen, effizienten Prozesskette setzen wir in fast allen Designprojekten auf die automatisierte (3D-)Optimierung als mächtiges Designwerkzeug.

Konzeption und Durchführung komplexer Designoptimierungen unter Einbeziehung von Aerodynamik, Festigkeitsmechanik und Schaufelschwingungsverhalten sowie vielen zusätzlichen Nebenbedingungen sind unsere Kernkompetenz.

Wir verfügen über die Erfahrung, die numerischen Werkzeuge und die internen Rechnerkapazitäten, um sehr komplexe Optimierungsaufgaben effizient und direkt am Kundenbedarf zu lösen. Grundvoraussetzung ist unser fundiertes aerodynamisches Know-How und die Erfahrung um die Besonderheiten von automatisierter Optimierung im Turbomaschinendesign.

Die Zielsetzung einer effizienten Optimierung vielstufiger Turbomaschinen mit sehr hohen Parameterzahlen wird um Gradienten erweiterte Antwortflächenverfahren (aus adjungierter CFD) zur Beschleunigung der Optimierung zwingend erforderlich machen. Hinzu kommen speziell angepasste Parametrisierungskonzepte von Ringraum und Profilierung. Diese Themen sind in der Entwicklung und werden in absehbarer Zeit auch der Produktentwicklung zur Verfügung stehen.

Datenbasis Optimierung

Ergebnisdatenbasis einer 3D-Gebläseoptimierung: Dargestellt sind die paretooptimalen Member der drei Zielfunktionen: Wirkungsgrad bei zwei unterschiedlichen Volumenströmen und Druckaufbau. Das Bandmuster in der dritten Zielfunktion kommt zustande, da der Druckaufbau für schnellere Konvergenz der Optimierung gerundet wird.


Optimierung im Bereich der Turbomaschine ist besonders anspruchsvoll wegen:

  • der Vielzahl an Zielsetzungen - bspw. Wirkungsgrad und Stabilitätsreserve bei mehreren Drehzahlen
  • zahlreiche Nebenbedingungen - Massendurchsatz, Druckverhältnis, Restdrall, Austritts-Machzahl, mechanische Spannungen, Frequenzverhalten der Beschaufelung (Campbell-Diagramm), Baubarkeit und Fertigungskosten
  • einer aufwändigen Prozesskette mit mehreren aerodynamischen Betriebspunkten und Strukturberechnungen
  • zahlreichen Designparametern, insbesondere bei mehrstufigen Turbomaschinen

Folgende Aspekte sind für den (Produkt-)Erfolg einer automatisierten Optimierung entscheidend:

  • Das Kunden-/Optimierungsproblem muss grundlegend verstanden sein (Aerodynamik, Randbedingungen, ...)
  • Eine geeignete und effiziente Geometrieparametrisierung: aero_designworks verfügt über einen leistungsfähigen Geometrieprozess, der schnell und modular um kundenspezifische Anforderungen (oder auch die re-engineerte Kundenparmetrisierung) erweitert werden kann

Optimierungsprozess

Schema des Optimierungsprozesses: Der Hauptprozess (rechts) und die Beschleunigung durch Metamodelle laufen parallel. Der Hautprozess durchläuft die gesamte Prozesskette (CFD, FEM etc.) und befüllt die Datenbasis. Antwortflächenverfahren trainieren den Zusammenhang zwischen Designparametern und Zielfunktionen/Nebenbedingungen und erlauben so eine schnelle Optimierung auf den mathematischen Modellflächen. Die besten Member dieser Optimierung werden abschließend im Hauptprozess nachgerechnet.


Weitere Informationen als Foliensatz:

Aspekte der Optimierung von Turbokomponenten, Innovative Konzepte zur "Kennfeldoptimierung" beim Verdichter

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