工程边缘
航空航天多物理起飞
降低航空发动机燃油消耗的Flomaster-Nastran方法
由ADeponti（发动机软件）d.库坦丁（Avio集团）M帕万（AVIO集团）
米奥登航空发动机的发展受到诸多因素和要求的推动，但可能不会超过提高整体效率的要求。这主要是由于环境问题以及由此产生的更加严格的排放目标，以及希望通过降低消耗使运营商免受燃油成本上升的影响。
图1。燃气轮机
高涡轮效率是确保满足这些要求的关键因素，然而，涡轮机是一个部件，在一个完整的飞行任务剖面中，它必须在非常高的旋转速度下，在一个环境温度范围内（在停机坪上40°C到巡航高度下-60°C是不可能的）和速度下可靠地运行。流经涡轮的废气本身很可能达到几百摄氏度。这一点对于有效涡轮的设计具有重要意义，即固定截面和旋转截面之间的间隙。明确地，该间隙应最小化。使这成为一个特别的挑战的是，如果没有主动控制，在飞行过程中，由于上述操作温度的原因，随着部件的膨胀，间隙会发生变化。因此，有效的冷却策略至关重要，以便在整个工作范围内实现高效运行。把这个放在透视图上，航空涡轮机的直径通常大于1米，所需间隙可能小于0.5mm。
图2。综合多物理方法
只有当工程师能够考虑整个系统及其物理特性时，才能准确可靠地满足这种极端的设计挑战；流体动力学，热效应和结构变形必须在多物理方法中一起考虑，使设计者能够访问整个图片。
多物理方法
本文所描述的数值多物理方法是由AVIO在EnginSoft的帮助下开发的一个自动程序。这种方法能够管理三种不同的商业软件的操作和数据传输：金宝愽备用网址
- 热：用于计算固体结构中温度分布的热求解器；；
- Marc：用于实体结构变形计算的变形分析工具；；
- Flomaster：用于计算通过燃气轮机的流场的系统级流体动力学求解器。
多物理模拟由一个在msc.p-thermal中实现的特定Fortran库驱动。Fortran库在需要时通过调用流体动力学解算器（Flomaster）和变形分析软件（msc.marc）来管理联合仿真。金宝愽备用网址特别地，对Flomaster的调用由在VisualBasic中实现的耦合接口过程管理。耦合接口管理两个代码之间的数据传输，并通过设置模拟和组件数据管理其各个部分的流体动力学模拟。运行模拟并导出结果。
系统级仿真
为保证所需的设计精度，整个系统需要建模，整合整个涡轮机的转子和静态系统。特别地，所有二次空气系统，冷却回路，系统级分析应考虑主动间隙控制装置和主流道。
对整个发动机任务的模拟认为是空转的，起飞，巡航，进近和着陆阶段。一个完整的模拟持续大约一周，需要大约5000次Flomaster模拟和大约3000次变形分析。所有模拟和数据传输都由热求解器通过上述自动接口程序自动控制和管理。
图3。整个发动机任务的综合多物理模拟结果：间隙（%）
结论
所实施的数值多物理方法能够在设计阶段的早期更好地了解整个发动机任务期间涡轮的热行为。这个，反过来，允许我们定义最佳几何图形，主动间隙控制的材料和冷却质量流。归根结底，实施的多物理综合方法，在设计阶段早期使用时，允许定义能够实现高效率的最佳间隙，因此，燃料消耗的减少。关于满足未来排放限值的基本考虑。
阿维奥
Avio是设计领域的世界领先者，民用和军用飞机航空推进部件和系统的开发和制造。AVIO在产品的整个生命周期中工作——从设计到维护，维修和运营服务。
Avio总部位于都灵里瓦尔塔，都灵意大利，并在四大洲开展业务。员工超过5人，200名员工，4，其中500家总部设在意大利。
Avio成立于1908年，在应对时代的技术和商业挑战方面发挥了至关重要的作用。通过不断的研发投入，多亏了它与意大利和国际顶尖大学和研究中心的关系，Avio在技术和制造方面发展了领先地位。
