Marco de Optimización de Diseño Preliminar Multidisciplinario de Motores Aeroespaciales Novel que Considera la Operación Dinámica del Sistema y el Rendimiento de la Misión de la Aeronave
Autores: Alexiou, Alexios; Aretakis, Nikolaos; Kolias, Ioannis; Mathioudakis, Konstantinos
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Marco de Optimización de Diseño Preliminar Multidisciplinario de Motores Aeroespaciales Novel que Considera la Operación Dinámica del Sistema y el Rendimiento de la Misión de la Aeronave
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Marco
Diseño
Módulos
Análisis
Motor
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un marco modular, flexible, extensible y de cálculo rápido que implementa un enfoque multidisciplinario, de fidelidad variable y multi-sistema para el diseño conceptual y preliminar de nuevos motores aéreos. En su estado actual, el marco incluye módulos para el diseño de motores en estado estacionario de múltiples puntos, diseño aerodinámico, geometría y peso del motor, análisis de misión de la aeronave, emisiones de óxido de nitrógeno (NOx), diseño de sistemas de control y análisis de rendimiento transitorio del controlador-motor integrado. Todos los módulos se han desarrollado en el mismo entorno de software, asegurando un modelado consistente y transparente mientras se facilita el mantenimiento, la extensibilidad y la integración del código a niveles de modelado y simulación. Cualquier flujo de trabajo de simulación puede definirse combinando adecuadamente los módulos relevantes. Se pueden especificar diferentes tipos de análisis, como sensibilidad, diseño de experimentos y optimización. Cualquier combinación de parámetros del motor puede seleccionarse como variables de diseño, y se pueden especificar requisitos y restricciones multidisciplinarios en diferentes puntos de operación dentro del sobre de vuelo. La implementación del marco se ejemplifica a través de la optimización de un motor turbofan de relación de derivación ultra alta con una tobera de ventilador de área variable, para el cual se aplican requisitos específicos de la aeronave y límites tecnológicos. Aunque el diseño óptimo resultó en beneficios de consumo de combustible de dos dígitos en comparación con los motores de tecnología actual, no cumplió con los requisitos de respuesta del motor, destacando la necesidad de incluir evaluaciones de rendimiento transitorio lo antes posible en la fase de diseño preliminar del motor.
Descripción
Este documento presenta un marco modular, flexible, extensible y de cálculo rápido que implementa un enfoque multidisciplinario, de fidelidad variable y multi-sistema para el diseño conceptual y preliminar de nuevos motores aéreos. En su estado actual, el marco incluye módulos para el diseño de motores en estado estacionario de múltiples puntos, diseño aerodinámico, geometría y peso del motor, análisis de misión de la aeronave, emisiones de óxido de nitrógeno (NOx), diseño de sistemas de control y análisis de rendimiento transitorio del controlador-motor integrado. Todos los módulos se han desarrollado en el mismo entorno de software, asegurando un modelado consistente y transparente mientras se facilita el mantenimiento, la extensibilidad y la integración del código a niveles de modelado y simulación. Cualquier flujo de trabajo de simulación puede definirse combinando adecuadamente los módulos relevantes. Se pueden especificar diferentes tipos de análisis, como sensibilidad, diseño de experimentos y optimización. Cualquier combinación de parámetros del motor puede seleccionarse como variables de diseño, y se pueden especificar requisitos y restricciones multidisciplinarios en diferentes puntos de operación dentro del sobre de vuelo. La implementación del marco se ejemplifica a través de la optimización de un motor turbofan de relación de derivación ultra alta con una tobera de ventilador de área variable, para el cual se aplican requisitos específicos de la aeronave y límites tecnológicos. Aunque el diseño óptimo resultó en beneficios de consumo de combustible de dos dígitos en comparación con los motores de tecnología actual, no cumplió con los requisitos de respuesta del motor, destacando la necesidad de incluir evaluaciones de rendimiento transitorio lo antes posible en la fase de diseño preliminar del motor.