Meta-model based optimization of a large diameter semi-radial conical hub engine cooling fan

摘要

Une chaine de conception numérique basée sur une méthode de sensibilité à l’ordre deux a été utilisée pour conduire une optimisation sur une turbomachine, selon un cahier des charges multi-objectifs et dans un environnement sous contraintes. Les premières étapes décrites ont démarrée à partir d’un premier dessin de roue obtenue par l’utilisation des théories classiques de dimensions et de corrélations empiriques, et ont consisté à mettre en place une chaine de simulation numérique utilisant des techniques de morphing de maillage. Ce procédé utilise la méthode des fonctions de base radiale (RBF) et permet la construction à moindre coût d’une base de données géométrique. Les variations sont issues des paramètres aérodynamiques et géométriques sélectionnés à l’issue de l’analyse de l’écoulement sur la géométrie initiale. A l’issue de ce travail, une seconde base de données aérodynamique est construite en calculant en fonction des paramètres les dérivées objectifs jusqu’à l’ordre 2, ce qui permet d’obtenir les dérivées premières, secondes et croisées. Le processus d’enchainement automatisé des simulations autorise la construction rapide de surfaces de réponse indiquant le niveau d’incertitude et la probabilité d’amélioration des objectifs en chaque point. Les bases de données sont ensuite exploitées par un optimiseur basé sur les algorithmes génétiques, et les fronts de Pareto obtenus sont analysés à l'aide d'une technique de Self Organisation Map (SOM). Cette méthode est appliquée au cas d'un ventilateur destiné au refroidissement des moteurs thermiques et pour lequel on cherche à obtenir un faible couple et un haut rendement statique. Le dessin ainsi obtenu est en rupture complète avec les concepts classique et la solution sélectionnée démontre un rendement plus élevé que pour les solutions classiques.