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. Das Verfahren ermöglicht die umfangssymmetrische Modifizierung der Naben- und Gehäusekontur im Bereich der Schaufelplattform. In diesem Ringraum, wird auf jeder S2 Stromlfläche ein Schaufelschnitt parametrisiert. Das Problem der strakenden Schaufel wurde gelöst, indem die definierenden Schaufelschnittparameter in radialer Richtung wiederum einer Parametrisierung unterworfen werden. Als weitere geometrische Freiheit ist der Bereich zwischen Schaufelvorder- und -hinterkante durch eine umfangsunsymmetrische Seitenwandkonturierung parametrisiert worden. Zur physikalischen Modellbildung und Bewertung der Strömung und deren Effekte wurde ein dreidimensionaler Navier-Stokes-Strömungslöser mit eingebautem Transitionskriterium herangezogen. Die Auslegungskette wurde mit einem sequentiell quadratischen Gradientenverfahren zu einem numerisch stabilen Ring geschlossen. Mit dem Verfahren wurde eine Auslegungsoptimierung des Turbinengitters T106D zum Gitter T106Dopt durchgeführt. Das Gitter T106Dopt wurde anschließend erstellt, instrumentiert und unter turbomaschinen-ähnlichen Bedingungen am Windkanal experimentell untersucht. Das sichtbar dreidimensional gestaltete Gitter T106Dopt ist geprägt durch eine stark aufgedickte Profilsaugseite in Seitenwandnähe und einer Verlängerung der Profilsaugseite gegenüber der Profildruckseite durch die umfangsunsymmetrische Seitenwandkonturierung. Es zeigt ein merkbar geändertes Strömungsbild gegenüber normalen hoch belasteten Turbinengittern. Die Sekundärströmungen konnten deutlich reduziert und zur Seitenwand hin verschoben werden. Gleichzeitig wurden die integralen Verluste erheblich reduziert. Maßgeblich daran war die starke Profilentlastung in Seitenwandnähe und die Verhinderung des Aufrollens der Seitenwandscherschichten und damit die Bildung dissipierender in der Turbine nicht mehr nutzbarer Rotation beteiligt. Das Ziel der Arbeit, die automatisierte Auslegung eines Schaufelgitters zur Reduzierung der Sekundärströmungen und integralen Verluste unter Einsatz numerischer Optimierungsverfahren, wurde damit erreicht. Abschließend wurde das Verfahren kritisch diskutiert, um Anregungen für zukünftige Arbeiten zu geben.     «

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. Das Verfahren ermöglicht die umfangssymmetrische Modifizierung der Naben- und Gehäusekontur im Bereich der Schaufelplattform. In diesem Ringraum, wird au...     »

A 3D optimisation procedure on the basis of a transitional Navier-Stokes code has been developed and tested. It allows complete three-dimensional parameterisation of the flow channel for improved engine component design. Both the aerofoils and the end walls are three-dimensionally parameterised to permit full design control over the wetted surface. The end wall curvature is in fact controlled by the superposition of an axisymmetric and a non-axisymmetric parameterisation. The target comprises profile and secondary losses. The optimisation procedure was applied to a low-loss turbine vane and resulted in an aerodynamic design with considerably reduced losses. Vanes and end walls were then manufactured according to this optimisation. The high-speed cascade wind tunnel measurements performed on these parts confirm the computational results.     «

A 3D optimisation procedure on the basis of a transitional Navier-Stokes code has been developed and tested. It allows complete three-dimensional parameterisation of the flow channel for improved engine component design. Both the aerofoils and the end walls are three-dimensionally parameterised to permit full design control over the wetted surface. The end wall curvature is in fact controlled by the superposition of an axisymmetric and a non-axisymmetric parameterisation. The target comprises pr...     »