Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Dazu ist vielfach noch die Generierung von zusätzlichen Ergebnisgrößen zur Erfassung der zu
optimierenden strömungsmechanischen Phänomene notwendig.
Zuletzt muß versucht werden, das Erarbeitete sinnvoll einzusetzen, um damit letztlich den Forschungsaufwand
in neu gestaltete Beschaufelungen umzusetzen.
10. Zusammenfassung
Im Rahmen der Arbeit wurde ein Auslegungsverfahren als Werkzeug aufgebaut, das die vollständige
dreidimensionale Gestaltung von Schaufelblatt und Plattformen ermöglicht. Zur
Bewältigung der hohen Parameteranzahl ist die automatisierte dreidimensionale Auslegungskette
mit Hilfe einer numerischen Optimierung zu einem Kreislauf geschlossen worden, mit
dem anschließend eine Auslegung durchgeführt worden ist. Zur Validierung der Auslegungssystematik
wurde das Optimierungsergebnis experimentell am Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal
untersucht.
Einen Schwerpunkt stellt die vollständige dreidimensionale Parametrisierung der Geometrie
dar, wobei die Geometrieerzeugung in dem Verfahren schrittweise aufgebaut wurde. Als erster
Schritt kann eine umfangssymmetrische Modifizierung der Ringraumkontur, d. h. Naben- und
Gehäusekontur im Bereich der Schaufelplattform, oder bei Übergangskanälen auch darüber
hinaus, durchgeführt werden. In diesem Ringraum, der durch S2-Stromlinien aufgespannt
wird, wird das Schaufelblatt definiert. Auf jeder dieser Stromlinien wird ein Schaufelschnitt
parametrisiert. Eine besondere Problematik stellt dabei die Einhaltung des Kriteriums eines
strakenden Schaufelblattes dar. Dies wurde gelöst, indem die definierenden Schaufelschnittparameter
in radialer Richtung wiederum einer Parametrisierung unterworfen werden. Durch
diese radiale Parametrisierung kann letztlich das Schaufelblatt modifiziert werden. Diese Vorgehensweise
führt gleichzeitig zu einer erheblichen Einsparung von Entwurfsparametern und
einer verbesserten Kontrolle seitens des Anwenders. Als weitere geometrische Freiheit ist der
Bereich zwischen Schaufelvorder- und -hinterkante durch eine umfangsunsymmetrische Seitenwandkonturierung
parametrisiert worden. Dies stellt eine noch relativ neue Methode,
besonders im Rahmen eines Standardauslegungswerkzeugs, dar.
Zur physikalischen Modellbildung und Bewertung der Strömung und deren Effekte durch die
parametrisierten dreidimensionalen benetzten Oberfächen wurde ein dreidimensionaler
Navier-Stokes-Strömungslöser mit eingebautem Transitionskriterium herangezogen.
Die sinnvolle Bewertung der Lösung seitens eines numerischen Optimierungsalgorithmus
erfordert es, die Qualität der Strömung durch den Strömungskanal mit geeigneten Kennzahlen
zu erfassen. Zum Einsatz gebracht wurden in dem Auslegungsverfahren integrale Kennzahlen,
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