Optimalizácia konštrukcie lopatky turbíny

Pri tradičnej konštrukcii lopatiek turbíny sa vo všeobecnosti dodržiava nasledujúci proces: oddelenie celkového výkonu najprv určí ukazovatele výkonu, ktoré lopatka potrebuje dosiahnuť, a potom oddelenie konštrukčného dizajnu lopatku navrhne. Po navrhnutí lopatky, ktorá spĺňa požiadavky na aerodynamický výkon, je táto odovzdaná oddeleniu pevnostných výpočtov na výpočet pevnosti pri vibráciách. Ak je kvalifikovaný, dizajn čepele sa skončí. Ak nie je kvalifikovaný, konštrukčné oddelenie ho prerobí a potom ho spočíta silové oddelenie. Tento cyklus, kým nie sú splnené požiadavky, má tento návrh nielen dlhý cyklus, ale je tiež ťažké nájsť optimálny konštrukčný tvar lopatiek, ktorý nespĺňa požiadavky moderného vývoja leteckých motorov.
Tento článok [2] navrhuje použitie multidisciplinárnej optimalizácie dizajnu (MDO) pre návrh jednostupňových pevných lopatiek turbíny. MDO je novovznikajúca interdisciplinárna veda a produkt rýchleho rozvoja leteckých technológií. Od otvorenia MDO ako novej oblasti výskumu uplynulo posledných 20 rokov. V 90. rokoch 20. storočia prebiehal aktívny prieskum a výskum v oblasti MDO na medzinárodnej úrovni, najmä v Spojených štátoch, a každoročne sa publikuje veľké množstvo výskumných prác súvisiacich s touto oblasťou; V súčasnosti je MDO jednou z najnovších a najaktívnejších oblastí vo výskume metód konštrukcie lietadiel v medzinárodnom meradle, ale v oblasti leteckých motorov je veľmi málo výskumu a aplikácií. V prípade lopatiek turbín leteckých motorov znášajú v dôsledku drsného pracovného prostredia nielen odstredivú silu vysokorýchlostnej rotácie, ale znášajú aj sily poľa prúdenia vzduchu a teplotného poľa. Preto ich analýza bude zahŕňať viaceré disciplíny, ako je aerodynamika, prenos tepla, štruktúra, pevnosť a vibrácie. Ide o typický multidisciplinárny konštrukčný problém a pri navrhovaní je potrebné použiť multidisciplinárne metódy optimalizácie dizajnu. Multidisciplinárna metóda optimalizácie návrhu dokáže súčasne zohľadňovať vplyv rôznych disciplín a pomocou modernej počítačovej technológie analyzovať a porovnávať stovky alebo tisíce návrhových riešení v krátkom čase, vopred eliminovať väčšinu neoptimálnych riešení a približovať sa k celkovému optimálnemu riešeniu. viacerých disciplín krok za krokom, čím sa efektívne zlepšuje kvalita dizajnu a výrazne sa urýchľuje vývoj dizajnu.