Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

lität und Beschleunigung der Konvergenz der iterativen Lösungsalgorithmen erzielt. Zur Verbreitung
der numerischen Simulation hat außerdem die stark gestiegene zur Verfügung
stehende Rechenleistung beigetragen. Alle 18 Monate verdoppelt sich in etwa die Leistung der
aktuellen Hardware bei gleichbleibenden Kosten. Alle 15 Jahre ergibt sich dadurch eine Steigerung
der Rechenleistung um einen Faktor von ungefähr 1000. Strömungsvorgänge können
numerisch mittlerweile mit vertretbarem Aufwand ausreichend fein aufgelöst werden, auch
und gerade in Bereichen, in denen keine oder kaum Messungen möglich sind. Durch die Flexibilität
bei der Festlegung der Strömungsrandbedingungen sind Parameterstudien für verschiedene
Geometrien und Betriebszustände ohne großen Aufwand durchführbar. Ein
Hauptproblem der numerischen Strömungssimulation ist noch immer die physikalische
Modellierung der Turbulenz. Dies tritt besonders in Bereichen stark turbulenzgeprägter Strömungsvorgänge
wie an Profil- und Seitenwandgrenzschichten mit laminar-turbulenter Transition
auf. Ohne eine Validierung der numerischen Verfahren und Modelle durch den Vergleich
mit experimentellen Ergebnissen ist eine verläßliche Vorhersage bisher noch nicht möglich.
Ein Zurückgreifen auf viele nacheinander ausgelegte und erprobte Versuchsträger bis zum
Erreichen des gewünschten Entwicklungsziels ist heute unter dem Diktat des Zeit- und Kostendrucks
nicht mehr möglich. Die Auslegung selbst findet mittlerweile nahezu vollständig numerisch
statt. Die aktuelle Vorgehensweise ist die üblicherweise wiederholte experimentelle
Validierung eines numerischen Auslegungswerkzeugs für die verschiedenen vorkommenden
Strömungssituationen. Mit Hilfe experimenteller Daten werden die verwendeten numerischen
Algorithmen und Methoden angepaßt und deren Verwendung für die jeweilige Strömungssituation
festgelegt. Eine experimentelle Überprüfung einer Auslegung wird normalerweise erst
mit dem experimentellen Leistungsnachweis einer kompletten Baugruppe durchgeführt. Nur
wenn experimentell gravierende Abweichungen zu den numerisch berechneten Ergebnissen
festgestellt werden, werden weitere Versuchsträger bzw. Modelle erprobt. Der Fokus der
numerischen aerodynamischen Beschaufelungsauslegung auf dreidimensionale Strömungsphänomene
erfordert dafür numerische Auslegungswerkzeuge, deren physikalische
Modellbildung die dreidimensionalen Effekte möglichst realitätsnah abbilden. Hierfür kommt
nur ein dreidimensionaler auf der Diskretisierung der Navier-Stokes-Gleichungen beruhender
Strömungslöser in Frage.
Durch die stark gestiegene Rechnerleistung ist heute die Schwelle erreicht, dreidimensionale
Navier-Stokes-Strömungslöser in normalen aerodynamischen Beschaufelungsauslegungen zur
Nachrechnung entworfener Geometrien einzusetzen. Mit der geforderten Verwendung von
dreidimensional definierten und modifizierbaren Beschaufelungen, Naben- und Gehäusekonturen
steigt die Anzahl der Parameter stark an, die die Geometrie festlegen. Die Beherrschung
der vielen Freiheitsgrade durch den Entwicklungsingenieur wird dabei zum Problem. Psychologische
Untersuchungen haben ergeben, daß es nur möglich ist, gleichzeitig ungefähr sieben
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