A pilonmotor-nacellaszerkezet két objektív optimalizálása: súly vs. csúcshézag kritérium

Absztrakt

Ez az előfizetéses tartalom előnézete. Jelentkezzen be a hozzáférés ellenőrzéséhez.

Hozzáférési lehetőségek

Vásároljon egyetlen cikket

Azonnali hozzáférés a teljes cikk PDF-hez.

Az adószámítás a fizetés során véglegesül.

Feliratkozás naplóra

Azonnali online hozzáférés minden kérdéshez 2019-től. Az előfizetés évente automatikusan megújul.

Az adószámítás a fizetés során véglegesül.

Megjegyzések

A tolókapcsolók nem használhatók FBO-terhelések ily módon történő kiszámításához, mivel maximális terhelésük a normál motor üzemmódban elérhető.

(\ (W_>, SFC _> \)) néven ismert utópia pont (általában nem érhető el) és (\ (W_>, SFC _> \)) néven ismert mélypont.

Mégis lehetséges.

Hivatkozások

Névtelen (2012) Demonstrációs problémák kézikönyve: MSC Nastran 2012. MacNeal-Schwendler Corporation

Bettebghor D, Bartoli N, Grihon S, Morlier J, Samuelides M (2011) Helyettesítő modellezéses közelítés szakértők keverékével, em együttes becslés alapján. Struct Multidisc Optim 43 (2): 243–259

Cardoso JB, Arora JS (1992) A szerkezeti és mechanikai rendszerek nemlineáris dinamikus válaszának tervezési érzékenység-elemzése. Struct Multidisc Optim 4 (1): 37–46

Carney KS, Lawrence C, Carney DV (2002) Légijármű-hajtómű késtörés-dinamikája. In: Hetedik nemzetközi LS-DYNA felhasználói konferencia. Livermore Software Technology Corporation, Livermore, 14–17

Cho S, Choi KK (2000) A tervezési érzékenység elemzése és a nemlineáris tranziens dinamika optimalizálása. 1. rész: méretezés. Int J Numer Methods Eng 48 (3): 351–373

Choi KK, Kim NH (2005) Strukturális érzékenység elemzés és optimalizálás: nemlineáris rendszerek és alkalmazások, 2. kötet. Springer, New York

Forrester AIJ, Keane AJ (2009) A helyettes alapú optimalizálás legújabb fejleményei. Prog Aerosp Sci 45 (1): 50–79

Friedman J, Hastie T, Tibshirani R (2001) A statisztikai tanulás elemei, 1. köt. Springer Statisztikai Sorozat

Grihon S (2005) Pylon tervezés optimalizálása. In: 1. fórum, VIVACE projekt

Haftka RT, Adelman HM (1989) A strukturális érzékenység elemzésének legújabb fejleményei. Struct Multidisc Optim 1 (3): 137–151

Heidari M, Carlson DL, Sinha S, Sadeghi R, Heydari C, Bayoumi H, Son J (2008) A motor fan-blade out eseményének hatékony multidiszciplináris szimulációja az MD NASTRAN segítségével. Amerikai Repüléstechnikai és Asztronautikai Intézet, New York

Heidari MA, Carlson DL, Yantis T (2002) Rotor-dinamika elemzési folyamat. In: MSC Worldwide aerospace konferencia és technológiai bemutató, 2002. április 8–10., 1–16

Hsieh CC, Arora JS (1984) Tervezési érzékenység elemzése és a dinamikus válasz optimalizálása. Számítási módszerek Appl Mech Eng 43 (2): 195–219

Husband JB (2007) A ventilátor lapátjának hatékony FEM szerkezeti szimulációjának kifejlesztése turbóventilátoros sugárhajtóműben. PhD értekezés tézisei, Saskatchewani Egyetem

Jain R (2010) A motor burkolatának átmeneti terhelésének és perforációjának előrejelzése a ventilátor rotor-szerelvényének pengéje esetén. In: Az IMPLAST 2010 konferencia anyagai, Providence, Rhode Island, USA, 2010. október 12–14

Kang BS, Park GJ, Arora JS (2006) Átmeneti terhelésnek kitett szerkezetek optimalizálásának áttekintése. Struct Multidisc Optim 31 (2): 81–95

Kennedy MC, O’Hagan A (2000) Bonyolult számítógépes kód kimenetének előrejelzése, ha gyors közelítések állnak rendelkezésre. Biometrika 87 (1): 1–13

Kim YI, Park GJ (2010) Nemlineáris dinamikus válaszszerkezeti optimalizálás egyenértékű statikus terhelések alkalmazásával. Számítási módszerek Appl Mech Eng 199 (9–12): 660–676

Kim YI, Park GJ, Kolonay RM, Blair M, Canfield RA (2009) Összekötött szárny nemlineáris dinamikus válasz strukturális optimalizálása egyenértékű statikus terhelések alkalmazásával. J Aircr 46 (3): 821–831

Lattime SB, Steinetz BM, NASA Glenn Kutatóközpont (2002) Turbina motorhézag-szabályozó rendszerek: jelenlegi gyakorlatok és jövőbeli irányok. Nemzeti Repülési és Űrigazgatóság, Glenn Kutatóközpont

Lawrence C, Carney K, Gallardo V (2003) A rajongói szakasz/burkolat interakciós modellek vizsgálata. Országos Repülési és Űrigazgatóság, Glenn Kutatóközpont

Lawrence C, Carney KS, Gallardo V, a NASA Glenn Kutatóközpontja (2001) Repülőgép-hajtómű lapát nélküli szerkezeti dinamikájának szimulációja. Nemzeti Repülési és Űrigazgatóság, Glenn Kutatóközpont

Marler RT, Arora JS (2004) Többcélú optimalizálási módszerek felmérése a mérnöki munkához. Struct Multidisc Optim 26 (6): 369–395

Michels G, Genberg V, Doyle K (2004) A DRESP3 használata a multidiszciplináris optimalizálás javítására. In: MSC szoftver, 2004–2030

Miettinen K (1999) Nemlineáris multiobjektív optimalizálás. Springer, New York

Niu MCY (1999) Repülőgép-szerkezeti tervezés: gyakorlati tervezési információk és adatok a repülőgép-szerkezetekről. Recherche 67:02

Park GJ (2011) A nemlineáris statikus válasz strukturális optimalizálásának ekvivalens statikus terhelési módszerének technikai áttekintése. Struct Multidisc Optim 43 (3): 319–337

Rao SS, Freiheit TI (1991) A multiobjektív optimalizálás módosított játékelméleti megközelítése. J Mech Des 113: 286

Saaty TL (1977) A hierarchikus struktúrák prioritásainak skálázási módszere. J Math Psychol 15 (3): 234–281

Sinha SK, Dorbala S (2009) Dinamikus terhelések egy turboventilátoros motor ventilátor-visszatartó szerkezetében. J Aerosp Eng 22, 260

Toal DJJ, Bressloff NW, Keane AJ, Holden CME (2011) Hibridizált részecske-raj kifejlesztése a hiperparaméterek hangolásához. Eng Optim 43 (6): 675–699

Tsay JJ, Arora JS (1990) Nemlineáris szerkezeti tervezési érzékenység elemzés útfüggő problémákra. 1. rész: általános elmélet. Számítási módszerek Appl Mech Eng 81 (2): 183–208

Vance JM (1988) A turbomachinery rotordinamikája. Wiley-Interscience, New York

Vance JM, Murphy B, Zeidan F (2010) Gépi rezgés és rotordinamika. Wiley Online Könyvtár

Köszönetnyilvánítás

A bemutatott eredményekhez vezető kutatás az Európai Közösség Hetedik Keretprogramjától (FP7/2007-2013) (www.crescendo-fp7.eu) kapott támogatást az 1. sz. A szerzők nagyon hálásak azoknak a mérnököknek és kutatóknak, akik segítettek meghatározni és elvégezni ezt a munkát, különösképpen Praful Soneji és Richard Golder az Egyesült Királyság Rolls – Royce-ból és Stéphane Grihon a francia Airbus-ból.

Szerzői információk

Hovatartozások

Strukturális dinamika és aeroelaszticitás osztály, Onera, a francia űrkutatási laboratórium, Chatillon, Franciaország

Dimitri Bettebghor és Christophe Blondeau

Számítástechnikai és tervezési kutatócsoport, University of Southampton, Southampton, Egyesült Királyság

David Toal és Hakki Eres

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Levelezési cím

Függelékek

A. függelék: Előzetes modális elemzés

Ebben a rövid szakaszban egyszerűen leírjuk a teljes szerkezet modális elemzéséhez kapott numerikus eredményeket. Amint azt az 5. szakasz vázolja, megfigyelhetünk numerikus rezonancia kérdéseket, amikor a rotorok forgási sebessége megközelíti a szerkezet természetes frekvenciáit. Előzetes modális elemzést hajtottunk végre annak biztosítására, hogy a rotor névleges centrifugálási sebessége ne közelítsen semmilyen természetes frekvenciát. Amint azt a cikkben megjegyeztük, a rotor névleges rotorsebessége 50 Hz, a szélmalom sebessége pedig 10 Hz. Mindkét frekvencia nem áll közel az összeállítás természetes sajátfrekvenciáihoz (1. táblázat). A teljesség kedvéért az összeszerelés első természetes módjainak alakjait is ábrázoltuk.

B. függelék: Az FBO rotordinamikai szimulációs és optimalizálási munkamenet megvalósításának részletei

Röviden ismertetjük itt azokat a különféle megoldásokat, amelyeket kétcélú optimalizálásunkhoz használtunk. A végső összeszerelt modell egy MSC volt. Nastran FEM modell. Korábbi tapasztalataink alapján az optimalizálást az MSC.Nastran SOL200 megoldással futtattuk. Pontosabban a különböző elemeket használtuk:

A klasszikus SOL101-et és SOL103-at használták először a véges véges modell modellünk futtatásához és validálásához. A SOL101-et használták először annak biztosítására, hogy ne legyen nagyobb probléma vagy hiba a modellben. A SOL103-at használták az összeszerelt szerkezet első alapvető módjainak kiszámításához és az első alapvető frekvenciák megszerzéséhez, hogy megszabaduljanak a rezonancia kérdéstől a rotordinamika kérdésének végrehajtása közben. A modell anyag lineáris részéhez SOL101 és SOL103 megoldásokat használtak: motor és pilon szerelvény (13. ábra).

Először a Fan Blade Off eseményszimulációt futtattuk az Egyesült Királyságban található Rolls – Royce bejegyzések alapján. Ennek érdekében lineáris modellezéssel kezdtük, és az MSC: SOL109 és SOL112 tranziens és közvetlen dinamikai elemzési megoldásait futtattuk. Amikor ésszerűtlen kimeneti válaszokkal szembesülünk, gazdagítottuk modellünket, és reálisabb modellt értünk el a nacelle és a rotordynamics hatások integrálásával.

Amikor a nacellát hozzáadtuk, a nemlineáris dinamikai megoldáshoz kellett fordulnunk: SOL129. Ugyanígy használtuk ebben a megoldásban a rotordynamics Nastran kártyákat: RGYRO, ROTORG stb. Mint már észrevettük, a szimulációs eredmények hasonlóak voltak a válaszokhoz, amelyekre egy ilyen szimuláció esetén számíthatunk, azonban a tervezés optimalizálásához ki kellett nyernünk erők a pilon-szárny és a motor-pilon rögzítésénél. Ezt a SOL129-ben nem lehetett megtenni. Ezután a SOL400-at kellett használnunk nemlineáris dinamikai szimulációkhoz a Nastran SPCFORCES kártyák lekéréséhez.

Az egyenértékű FBO statikus terhelési eseteink létrehozásához klasszikus szövegfeldolgozó nyelveket használtunk, mint például shell szkriptek és awk. A MATLAB-ot az eredmények utólagos feldolgozására is használták.

Az SFC helyettesítő modellt illetően nem tudtuk közvetlenül használni a SOL200 webszolgáltatását. Valójában egy ilyen integráció nehezen megvalósíthatónak tűnik a 4. lábjegyzetben, mivel a MATLAB futtatható fájl nem alkalmas a SOL200 külső válasz-illesztőprogramjának integrálására. Egy ilyen technológia valóban könnyebb a forráskóddal. Ezért használtuk a helyettesítő modell helyettesítő modelljét az ismert forráskód megszerzéséhez. Az SFC helyettesítő modelljének közelítéséhez más stratégiát használtunk, mint a Southamptoni Egyetem által alkalmazott modellt. Szakértői stratégia keverékét alkalmaztuk, amelyet Bettebghor et al. (2011).

Az optimalizálást a SOL200-mal végeztük. Az SFC helyettesítő modellt a DRESP3 kártya segítségével integrálták, amely a multidiszciplináris optimalizálás meglehetősen népszerű eszköze, lásd például Michels et al. (2004). Ezután a Pareto frontot úgy kapták meg, hogy automatizálták a súlyozási tényező skaláris optimalizálásának megváltoztatását standard shell parancsfájlok segítségével.

A motor-pilon-nacell szerelvény első két alapvető módja. Ne feledje, hogy a nacelle nincs ábrázolva az alakmódok egyértelműsége érdekében. a és b Első alapvető mód: \ (F = 3,05 \) Hz, c és d második alapvető mód \ (F = 5,76 \) Hz

C. függelék: Az átmeneti előzmények betöltése a mellékletekbe

Nem adhatjuk meg az összes átmeneti előzményt az összes melléklethez. Az összehasonlítás kedvéért, például Husband (2007), ebben a szakaszban bemutatjuk a pilon-szárny rögzítések terhelésének történetét. Amint azt a 14. ábrán megfigyelhetjük, amikor összehasonlítjuk a Férj (2007) eredményeivel, az erők nagysága és álperiódusa szempontjából meglehetősen hasonlóak.

Átmeneti terhelések az FBO eseményhez pilon-szárny rögzítésnél: a Kioldási szög 0 °, 90 °, 180 °, d elengedési szög 270 °