Im Zusammenhang mit den Forschungsthemen am Institut für Luftfahrtantriebe der Universität Stuttgart wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubt, Ergebnisse aus der Leistungssyntheserechnung mit Forschungsfeldern zu verbinden, die Aussagen über konstruktive Details und mechanische Eigenschaften als Ausgangsbasis benötigen. Durch die Anwendung von Berechnungsmethoden aus dem Gebiet des Vorentwurfs kann diese Verbindung hergestellt werden. Daher ist die Entwicklung eines Modells zur wissensbasierten Vorauslegung von Triebwerks-Gasgeneratoren das Ziel dieser Arbeit. Die Grundlagen des mechanischen Vorentwurfs werden diskutiert und auf das Entwurfsziel Gasgenerator angewandt. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass vermarktete Gasgeneratoren sich auf Grund der geltenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten in ihrer allgemeinen Struktur und der Geometrie ihrer wesentlichen Bauteile ähnlich sind. Deswegen ist der konzeptionelle Vorentwurf von dem Prinzip geprägt, dass es möglich ist, verallgemeinerte wissensbasierte Entwurfsregeln mit jeden gewünschten Detailierungsgrad zu entwickeln. Solche Regeln werden zu komplexen Systemen zusammengefasst, die sowohl die automatisierte Dimensionierung von vereinfachten, verallgemeinerten Bauteilen und Komponenten als auch die Untersuchung ihrer mechanischen Eigenschaften erlaubt. Entwurfsregeln werden aus physikalischen Zusammenhängen und/oder empirischem Wissen abgeleitet und ihre Ergebnisse sind abhängig von Eingabeparametern und Randbedingungen. Das jeweilige Technologieniveau wird in der Entwurfsregel in Form von dimensionslosen Größen und vergleichbaren Kennwerten berücksichtigt. Auf Grund der angewendeten Verallgemeinerungen und Vereinfachungen ist es notwendig Entwurfsregeln zu kalibrieren um existierende Konstruktionen nachzubilden. Diese Arbeit zeigt, dass die beschriebene Methode nicht nur dazu verwendet werden kann die mechanischen Eigenschaften von Gasgeneratoren zu ermitteln. Die Beispiele zeigen auch, dass es mit dem Modell möglich ist, die Konsequenzen von Entwurfsentscheidungen und die Eigenschaften der mechanischen Skalierung von Gasgeneratoren und/oder ihrer Komponenten zu untersuchen. Die Kombination von Entwurfsalgorithmen und Materialeigenschaften erlaubt zudem eine Einschätzung der Machbarkeitsgrenzen einer Konstruktionsphilosophie. Dadurch können Entwurfsräume sichtbar und verständlich gemacht werden. Auf Grund des gezeigten Potentials wird empfohlen, die Fähigkeiten des Modells im nächsten Entwicklungsschritt auf Gesamttriebwerke auszuweiten.

    Within the context of the academic research fields at the Institute of Aircraft Propulsion Systems, Universität Stuttgart, a methodology was developed which a Hows the linking of performance synthesis with research fields that require design details and mechanical characteristics of aero-engine components as input. Methods from preliminary design were found well suited for the achievement of this goal. For this reason the objective of this thesis is the development of a tool for the knowledge based preliminary mechanical design of aero-engine gas generators. The fundamentals of preliminary mechanical design are discussed and applied to the design task of gas generators. The approach is based on the observation that because of the underlying physics marketed gas generators are generally similar in their structure and geometry. Preliminary design is based on the concept that it is possible to establish generalized knowledge-driven design laws at any desired detailing level. Such laws are integrated into complex systems which then allow the automated dimensioning of simplified, parametric geometries and the assessment of their properties from part to component level. Design laws are derived from physics andjor empirical system knowledge and their results are dependent on input parameters and boundary conditions. The individual technology level is inserted by non-dimensional, comparable technology descriptors. Because of the necessary generalizations and simplifications design laws require calibration if a marketed design is to be re-engineered. This thesis shows that the described preliminary design methodology is not only capable of estimating the mechanical characteristics of gas generators. The presented examples also demonstrate how the tool can be applied to study the consequences of design decisions and how the mechanical scaling of gas generators andjor their components can be investigated. The design algorithms in combination with material properties are used to evaluate the feasibility limits of a design philosophy at a given technology level. In this way design spaces are made visible, transparent and understandable. The demonstrated potential of the methodology recommends itself for a future development into a tool with which the design result of whole aero-engines can be predicted.


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    Title :

    Knowledge-based preliminary design of aero-engine gas-generators


    Contributors:

    Published in:

    Dissertation.de. ; 1617 ; 1-159


    Publication date :

    2011


    Size :

    159 Seiten, Bilder, Tabellen, 145 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German





    Evaluation of assemblability during aero engine preliminary design

    Mall, J. / Staudacher, S. | Springer Verlag | 2018


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