Entwurf eines besseren Flugzeugtriebwerks mithilfe der isogeometrischen Analyse
Im Zentrum der Industrietechnik steht das Zusammenspiel von Designprozessen und der Analyse mechanischer Komponenten. Dies gilt auch im spezialisierten Bereich der Konstruktion von hocheffizienten Flugzeugtriebwerken. Während der Designphase kreieren Designer die Form des Triebwerks, typischerweise mit einem Computer Aided Design (CAD) -System. Im Analyseschritt analysieren die Forscher, wie gut die entworfene Form unter verschiedenen Bedingungen und verschiedenen Belastungen funktioniert. Dies geschieht mit Hilfe des Computer Aided Engineering (CAE). „Mit der aktuellen Technologie ist der Weg vom Design bis zur Analyse ein Weg, der es sehr schwierig macht, die Ergebnisse aus der Analyse wieder in das Design zurückzuführen“, sagt EXAMPLE-Projektkoordinator Bert Jüttler. „Das ist der Grund, weshalb EXAMPLE-Forscher das beidseitige isogeometrische Analyseverfahren verwenden, das eine direkte Kommunikation zwischen der CAD und CAE-Software ermöglicht.“ Das Ergebnis dieses einzigartigen Ansatzes war ein optimiertes Luftdurchlassdesign, das für den Bau besserer Flugzeugtriebwerke mit reduziertem Kraftstoffverbrauch, weniger Lärm und erhöhter Zuverlässigkeit unerlässlich ist. Drücken und Ziehen Das Projekt ging zweigleisig vor. Ein Gleis, das vom Flugzeugtriebwerkshersteller MTU (dem Projektpartner) betreut wurde, widmete sich der Verbesserung des eigentlichen Entwurfsprozesses für den Luftdurchlass von Flugzeugtriebwerken. Das zweite Gleis, das von den akademischen Partnern des Projekts betreut wurde, widmete sich den erforderlichen mathematischen Grundlagen - oder dem Analyseschritt. „Als unsere Arbeit einen isogeometrischen Ansatz annahm, haben diese beiden Gleise regelmäßig miteinander interagiert“, sagt Jüttler. Zum Beispiel haben die neuen mathematischen Ergebnisse neue Perspektiven für die Gestaltung des Luftdurchlasses eröffnet. „Hier haben wir die Theorie und Algorithmen für eine sogenannte multivariate adaptive Spline-Technologie deutlich vorangetrieben, die die Möglichkeiten für den Designschritt deutlich verbessert hat“, sagt Jüttler. „Somit hat das EXAMPLE-Projekt neue mathematische Ergebnisse in neue Anwendungen umgesetzt, die von MTU entwickelt wurden.“ Gleichzeitig warfen die Designanforderungen der MTU neue Forschungsfragen auf. So wurde zum Beispiel die Arbeit des Projekts zur Anpassungsfähigkeit dadurch ausgelöst, dass die standardmäßige Spline-Technologie, die nicht adaptiv ist, nicht in Verbindung mit dem volumetrischen Ansatz verwendet werden kann, so dass es unmöglich ist, auf die erforderliche Genauigkeitsstufe von Flugzeugtriebwerken zu gelangen. „Hier hat das Projekt neue Forschungsergebnisse mit einbezogen, indem es die Aufmerksamkeit der beteiligten mathematischen Forscher auf interessante Fragen lenkt“, ergänzt Jüttler. Neue Möglichkeiten Heute wird die von dem EXAMPLE-Projekt entwickelte volumetrische Luftdurchlass-Modellierungstechnologie auf dem kommerziellen Markt eingesetzt, wo sie die besonders kritischen Schaufelgeometrien der heutigen Flugzeugtriebwerke optimieren wird. „Die multivariate adaptive Spline-Technologie in die Konstruktion des Luftdurchgangs einzuführen, war ein echter Durchbruch, der neue Perspektiven und Möglichkeiten der automatisierten Designoptimierung eröffnet hat“, so Jüttler.
Schlüsselbegriffe
EXAMPLE, Luftfahrt, Flugzeugtriebwerke, CAD, CAE, isogeometrisch, MTU
