بهینه سازی طراحی تیغه توربین

در طراحی سنتی پره های توربین، فرآیند زیر به طور کلی دنبال می شود: بخش عملکرد کلی ابتدا شاخص های عملکردی را که تیغه باید به آن دست یابد، تعیین می کند و سپس بخش طراحی سازه تیغه را طراحی می کند. پس از طراحی تیغه ای که الزامات عملکرد آیرودینامیکی را برآورده می کند، برای محاسبه عمر ارتعاش استحکام به بخش محاسبه قدرت تحویل داده می شود. اگر واجد شرایط باشد، طراحی تیغه به پایان می رسد. اگر واجد شرایط نباشد، بخش طراحی آن را دوباره طراحی می کند و سپس بخش مقاومت آن را محاسبه می کند. شکل طراحی تیغه ها، که الزامات توسعه موتورهای هوانوردی مدرن را برآورده نمی کند.
این مقاله [2] استفاده از بهینه سازی طراحی چند رشته ای (MDO) را برای طراحی پره های توربین جامد تک مرحله ای پیشنهاد می کند. MDO یک علم میان رشته ای در حال ظهور و محصول توسعه سریع فناوری هوافضا است. 20 سال اخیر از زمانی که MDO به عنوان یک زمینه تحقیقاتی جدید باز شده است می گذرد. در دهه 1990 اکتشاف و تحقیق فعال در زمینه MDO در سطح بین المللی به ویژه در ایالات متحده انجام شد و هر ساله تعداد زیادی مقاله تحقیقاتی مرتبط با این حوزه منتشر می شود. در حال حاضر MDO یکی از جدیدترین و فعال ترین زمینه ها در تحقیق روش های طراحی هواپیما در سطح بین المللی است، اما تحقیقات و کاربرد بسیار کمی در زمینه موتورهای هوانوردی وجود دارد. برای پره های توربین موتورهای هوانوردی، به دلیل محیط کار سخت، آنها نه تنها نیروی گریز از مرکز چرخش با سرعت بالا را تحمل می کنند، بلکه نیروهای میدان جریان هوا و میدان دما را نیز تحمل می کنند. بنابراین، تجزیه و تحلیل آنها شامل چندین رشته مانند آیرودینامیک، انتقال حرارت، ساختار، استحکام و ارتعاش خواهد بود، این یک مشکل طراحی چند رشته ای معمولی است و استفاده از روش های بهینه سازی طراحی چند رشته ای برای طراحی ضروری است. روش بهینه‌سازی طراحی چند رشته‌ای می‌تواند به طور همزمان تأثیر رشته‌های مختلف را در نظر بگیرد و از فناوری مدرن رایانه برای تجزیه و تحلیل و مقایسه صدها یا هزاران راه‌حل طراحی در زمان کوتاه استفاده کند، اکثر راه‌حل‌های غیربهینه را از قبل حذف کند و به راه‌حل بهینه کلی نزدیک شود. چند رشته گام به گام، در نتیجه به طور موثر کیفیت طراحی را بهبود می بخشد و پیشرفت طراحی را تا حد زیادی تسریع می کند.