Optymalna konstrukcja aerodynamiczna łopat wirnika
W porównaniu do konwencjonalnych silników, LPT dużej prędkości pozwala na wyższą wydajność na poszczególnych etapach, dzięki niższym obciążeniom aerodynamicznym. Liczba łopat turbiny może być obniżona, co z kolei zmniejsza całkowitą długość i wagę silnika i redukuje koszty utrzymania i związanych z pracą emisji. Zapewnienie odpowiednich osiągów i bezpieczeństwa przy mniejszej liczbie łopat i wyższych naprężeniach działających na piastę wymaga jednak starannej optymalizacji parametrów konstrukcji. Aby sprostać szczególnym wymaganiom konstrukcyjnym łopat wirników LPT dużej prędkości, naukowcy powołali do życia finansowany przez UE projekt ITURB (Optimal high-lift turbine blade aero-mechanical design). Zespół ITURB przeprojektował taką łopatę wirnika, zaczynając od konfiguracji podstawowej, reprezentatywnej dla najnowocześniejszego wirnika LPT. Nowa konstrukcja łopaty była oparta na wielocelowej strategii optymalizacji, która obejmowała geometrie oraz obliczeniową mechanikę płynów. Konkretnie, naukowcy wykorzystali obliczenia lepkości stałej 3D w oparciu o model turbulencji kappa-omega, aby ocenić sprawność aerodynamiczną. W celu sprawdzenia integralności mechanicznej ocenili maksymalne naprężenie wirnika w wyniku działania siły odśrodkowej. Na końcu, naukowcy wykorzystali sztuczne sieci neuronowe, aby zbadać przestrzeń konstrukcji z użyciem podejścia analizy powierzchni odpowiedzi. Połączenie atutów poszczególnych procedur optymalizacji pozwoliło uzyskać aerodynamicznie sprawną konfigurację zgodną z ograniczeniami mechanicznymi i geometrycznymi. Ostateczna konstrukcja została zwalidowana w eksperymentalnej kampanii zrealizowanej w jednoetapowej turbinie o niskiej prędkości. Wyniki eksperymentów porównano z obliczeniami numerycznymi sprawności wirnika dla stałej liczby Reynoldsa, zmieniając kąt padania wirnika. Teoretyczny i eksperymentalny plan ITURB oraz narzędzia badawcze doprowadziły do opracowania konfiguracji łopat wirnika LPT o dużej prędkości, która daje szansę na obniżenie masy, zużycia paliwa i emisji. Nowa konstrukcja łopat stanowi ważną część inicjatywy Czyste niebo, której zadaniem jest ograniczenie wpływu transportu lotniczego na środowisko.
