Peter Flassig - Academia.edu (original) (raw)
Papers by Peter Flassig
This paper presents a method to obtain optimized 2D blade sections using expert knowledge, a mult... more This paper presents a method to obtain optimized 2D blade sections using expert knowledge, a multi-criteria optimization approach and a neural network in an automated process. A special focus is put on neural networks, which are used to capture the complex correlations between aerodynamic and geometric parameters. The multi-criteria optimization is used to generate optimal training data for the neural network. The main objective of this investigation is to generate 2D blade sections from scratch including loss prediction using through flow quantities and a neural network approach without any CFD computations. First results are very promising in terms of computation time, model capacities and performance prediction of the neural network.
Volume 2C: Turbomachinery
This paper presents the results of a CAD-based aerodynamic optimization study conducted on the TU... more This paper presents the results of a CAD-based aerodynamic optimization study conducted on the TU Berlin TurboLab Stator benchmark test case. Two different approaches are examined and compared: a conventional gradient-free optimization process which makes use of 2D and 3D CFD results and constructs a response surface to obtain the optimum solution; and an adjoint-driven optimization workflow, where the derivatives w.r.t. the design parameters are calculated by linking the adjoint surface sensitivity map with the model’s geometric sensitivities. Both methods are applied to the turbomachinery test case, where a multi-objective multi-point problem is considered. Moreover, manufacturing constraints are incorporated in the process chain, which makes the case even more challenging. Since the optimization output is already in CAD format, there is no requirement for a back-to-CAD step and the optimum blade can be straightforwardly manufactured.
Auf dem Gebiet des zweidimensionalen Schaufelentwurfs existieren verschiedene Entwurfsmethoden. W... more Auf dem Gebiet des zweidimensionalen Schaufelentwurfs existieren verschiedene Entwurfsmethoden. Waren anfangs inverse Methoden erste Wahl, wurden mit zunehmender Rechenleistung die direkten Methoden bevorzugt, da diese eine bessere Steuerung der Geometrie erlauben. In letzter Zeit stellen sich Automatisierungs- und Optimierungsansätze als zielführend heraus, da diese die Anforderungen der Industrie nach immer kürzeren Entwicklungszeiten bei gleichzeitig verbesserten aerodynamischen Eigenschaften erfüllen können. Die am Lehrstuhl für Technische Mechanik und Fahrzeugdynamik entwickelten Prozesse zeigen bereits deutliche Fortschritte auf diesen Gebieten [1]. Die zur Optimierung notwendige Parametrisierung der Pro lgeometrie kann beispielsweise über die dimensionslosen Skelettlinienwinkel- und Dickenverteilungen in Anlehnung an [2] erfolgen. Um möglichst glatte Schaufelpro le bei akzeptablem Rechenaufwand zu erhalten, beschränken sich bisherige Untersuchungen auf die Parametrisierung de...
Within the field of virtual compressor blade design the concept of numerical multi-objective opti... more Within the field of virtual compressor blade design the concept of numerical multi-objective optimisation has become an important part. The application of automated search for optimal design solutions enables the design engineer to face the enormous performance demands on today’s compressors and to provide solutions for complex and challenging designs tasks, even under the pressure of shorter development times. A major goal for future generations of aero engines is a significant reduction of reworking time. Here, consideration of uncertainties due to manufacturing noise or varying environmental conditions will provide assistance and become an essential part for aero-engine engineering. In general, influence of uncertainties on system’s performance is addressed by robustness analysis. The application of such an analysis during system development yields designs which will reduce the amount of rework forced by none robust behavior. Coupling of nominal design optimisation and robustness...
Eine bestmoeogliche Wirkungsgradcharakteristik, sowohl im Auslegungspunkt als auch ueber den gesa... more Eine bestmoeogliche Wirkungsgradcharakteristik, sowohl im Auslegungspunkt als auch ueber den gesamten Teil- und Ueberlastbereich, bei einer geforderten Stroemungsum- lenkung ist einer der wesentlichen Anforderungen in der aerodynamischen Auslegung von Verdichterschaufeln. Aus deterministischer Sicht wurde der Widerspruch in den Auslegungskriterien von Dutta u. a. (2008) ueber einen Mehrkriterien-Optimierungs- ansatz geloest, bei dem gleichzeitig das deterministische Minimum der Verlustpolaren und ein moeglichst grosser Arbeitsbereich bei Einhaltung der geforderten Stroemungs- umlenkung gesucht wurden. Unberuecksichtigt blieben dabei Unsicherheiten der ae- rodynamischen Guete und Abstroemwinkel bei streuenden Eingangsgroessen, weshalb mit inakzeptablen Ausfallraten durch zu geringe Umlenkung zu rechnen waere. Da- her ist es von enormer Bedeutung, Unsicherheiten innerhalb der aerodynamischen Verdichterschaufelauslegung moderner Flugzeugtriebwerke direkt zu beruecksichti- gen. Kern der...
Die probabilistische aerodynamische Auslegung moderner Hochdruckverdichter von Flugzeugtriebwerke... more Die probabilistische aerodynamische Auslegung moderner Hochdruckverdichter von Flugzeugtriebwerken unter Ber¨ucksichtigung von Unsicherheiten ist von essentieller Bedeutung und r¨uckt immer mehr in den Fokus aktueller Forschungsarbeit. Daneben findet die Mehrkriterien- Optimierung intensive Ber¨ucksichtigung bei der virtuellen Produktentwicklung und ist bereits fester Bestandteil industrieller Auslegungspraktiken. Intention der vorliegenden Arbeit ist daher, Robusheitsbewertung und Optimierung nicht entkoppelt voneinander, sondern parallel zu betrachten. Am Beispiel der zweidimensionalen Verdichterauslegung f¨ur eine hochbelastete transsonische Verdichtersektion einer Rotorreihe wird gezeigt, dass die probabilistsche Robustheitsbewertung in Verbindung mit einer Mehrkriterien- Optimierung und effizienter Antwortfl¨achenverfahren entscheidende Vorteile gegen¨uber einer rein deterministischen Auslegung aufweist. Dazu wird ein unsicherer Anstr¨omwinkel um den Auslegungspunkt mit gegeben...
Design of high-performance compressor blades is not only associated with deterministic targets li... more Design of high-performance compressor blades is not only associated with deterministic targets like maximum efficiency or safety meeting the customers’ demands, but also has to guarantee low variability of these performance properties in the presence of uncertainties. Recent investigations have shown that both human-based design and optimization-driven design will lead to insufficient robustness under uncertainties, Bestle and Flassig (2010). Therefore, it is necessary to directly account for parameter randomness within the compressor blade design process. One major source of uncertainties are manufacturing tolerances. This paper presents how realistic statistical data can be used for setting up a robustness-based aerodynamic blade design process using an approved 3D parameterization approach and a multi-objective optimization strategy in conjunction with local surrogate modeling techniques.
Design of high performance aero engines is becoming more challenging by taking into account robus... more Design of high performance aero engines is becoming more challenging by taking into account robust design aspects. The contribution will present a methodology how a deterministic optimization problem for compressor blade design can be transformed to a robust design problem. In order to reflect realistic manufacturing perturbations an internal blade parameter vector has to be identified where stochastic variations are superposed to the nominal blade proposed by the design vector. Local surrogate modeling techniques and distributed computing strategies are used to enable efficient solutions of the multi-criterion optimization problem resulting in multiple Paretooptimal robust designs.
Der Bedarf, kosteng¨unstige und zuverl¨assige Triebwerke zu konstruieren, steigt stetig. Dies zwi... more Der Bedarf, kosteng¨unstige und zuverl¨assige Triebwerke zu konstruieren, steigt stetig. Dies zwingt Triebwerkshersteller, ihre Auslegungspraktiken kontinuierlich zu verbessern und neue Wege zu gehen. Dazu z¨ahlt unter anderem die direkte Ber¨ucksichtigung von Unsicherheiten. Auf dem Gebiet der aerodynamischen Verdichterauslegung steht diese trotz der enormen Bedeutung in den Anf¨angen. Im Gegensatz dazu wird die deterministische Optimierung, d.h. die automatisierte Suche nach optimalen Entw¨urfen, erfolgreich eingesetzt. Intention der vorliegenden Untersuchung ist daher, Ans¨atze zu zeigen, wie deterministische Auslegungsprobleme in zuverl¨assigkeits- und robustheitsbasierte Mehrkriterien- Optimierungen ¨uberf¨uhrt werden k¨onnen. Am Bespiel einer hochbelasteten transsonischen Verdichterschaufelsektion und zweier denkbarer Szenarien zeigt die Arbeit sowohl die Notwendigkeit und das betr¨achtliche Potenzial, als auch die Grenzen einer probabilistischen Auslegung. Basierend auf einer...
Computational Methods in Applied Sciences, 2014
Computational Methods in Applied Sciences, 2014
This paper presents a method to obtain optimized 2D blade sections using expert knowledge, a mult... more This paper presents a method to obtain optimized 2D blade sections using expert knowledge, a multi-criteria optimization approach and a neural network in an automated process. A special focus is put on neural networks, which are used to capture the complex correlations between aerodynamic and geometric parameters. The multi-criteria optimization is used to generate optimal training data for the neural network. The main objective of this investigation is to generate 2D blade sections from scratch including loss prediction using through flow quantities and a neural network approach without any CFD computations. First results are very promising in terms of computation time, model capacities and performance prediction of the neural network.
Volume 2C: Turbomachinery
This paper presents the results of a CAD-based aerodynamic optimization study conducted on the TU... more This paper presents the results of a CAD-based aerodynamic optimization study conducted on the TU Berlin TurboLab Stator benchmark test case. Two different approaches are examined and compared: a conventional gradient-free optimization process which makes use of 2D and 3D CFD results and constructs a response surface to obtain the optimum solution; and an adjoint-driven optimization workflow, where the derivatives w.r.t. the design parameters are calculated by linking the adjoint surface sensitivity map with the model’s geometric sensitivities. Both methods are applied to the turbomachinery test case, where a multi-objective multi-point problem is considered. Moreover, manufacturing constraints are incorporated in the process chain, which makes the case even more challenging. Since the optimization output is already in CAD format, there is no requirement for a back-to-CAD step and the optimum blade can be straightforwardly manufactured.
Auf dem Gebiet des zweidimensionalen Schaufelentwurfs existieren verschiedene Entwurfsmethoden. W... more Auf dem Gebiet des zweidimensionalen Schaufelentwurfs existieren verschiedene Entwurfsmethoden. Waren anfangs inverse Methoden erste Wahl, wurden mit zunehmender Rechenleistung die direkten Methoden bevorzugt, da diese eine bessere Steuerung der Geometrie erlauben. In letzter Zeit stellen sich Automatisierungs- und Optimierungsansätze als zielführend heraus, da diese die Anforderungen der Industrie nach immer kürzeren Entwicklungszeiten bei gleichzeitig verbesserten aerodynamischen Eigenschaften erfüllen können. Die am Lehrstuhl für Technische Mechanik und Fahrzeugdynamik entwickelten Prozesse zeigen bereits deutliche Fortschritte auf diesen Gebieten [1]. Die zur Optimierung notwendige Parametrisierung der Pro lgeometrie kann beispielsweise über die dimensionslosen Skelettlinienwinkel- und Dickenverteilungen in Anlehnung an [2] erfolgen. Um möglichst glatte Schaufelpro le bei akzeptablem Rechenaufwand zu erhalten, beschränken sich bisherige Untersuchungen auf die Parametrisierung de...
Within the field of virtual compressor blade design the concept of numerical multi-objective opti... more Within the field of virtual compressor blade design the concept of numerical multi-objective optimisation has become an important part. The application of automated search for optimal design solutions enables the design engineer to face the enormous performance demands on today’s compressors and to provide solutions for complex and challenging designs tasks, even under the pressure of shorter development times. A major goal for future generations of aero engines is a significant reduction of reworking time. Here, consideration of uncertainties due to manufacturing noise or varying environmental conditions will provide assistance and become an essential part for aero-engine engineering. In general, influence of uncertainties on system’s performance is addressed by robustness analysis. The application of such an analysis during system development yields designs which will reduce the amount of rework forced by none robust behavior. Coupling of nominal design optimisation and robustness...
Eine bestmoeogliche Wirkungsgradcharakteristik, sowohl im Auslegungspunkt als auch ueber den gesa... more Eine bestmoeogliche Wirkungsgradcharakteristik, sowohl im Auslegungspunkt als auch ueber den gesamten Teil- und Ueberlastbereich, bei einer geforderten Stroemungsum- lenkung ist einer der wesentlichen Anforderungen in der aerodynamischen Auslegung von Verdichterschaufeln. Aus deterministischer Sicht wurde der Widerspruch in den Auslegungskriterien von Dutta u. a. (2008) ueber einen Mehrkriterien-Optimierungs- ansatz geloest, bei dem gleichzeitig das deterministische Minimum der Verlustpolaren und ein moeglichst grosser Arbeitsbereich bei Einhaltung der geforderten Stroemungs- umlenkung gesucht wurden. Unberuecksichtigt blieben dabei Unsicherheiten der ae- rodynamischen Guete und Abstroemwinkel bei streuenden Eingangsgroessen, weshalb mit inakzeptablen Ausfallraten durch zu geringe Umlenkung zu rechnen waere. Da- her ist es von enormer Bedeutung, Unsicherheiten innerhalb der aerodynamischen Verdichterschaufelauslegung moderner Flugzeugtriebwerke direkt zu beruecksichti- gen. Kern der...
Die probabilistische aerodynamische Auslegung moderner Hochdruckverdichter von Flugzeugtriebwerke... more Die probabilistische aerodynamische Auslegung moderner Hochdruckverdichter von Flugzeugtriebwerken unter Ber¨ucksichtigung von Unsicherheiten ist von essentieller Bedeutung und r¨uckt immer mehr in den Fokus aktueller Forschungsarbeit. Daneben findet die Mehrkriterien- Optimierung intensive Ber¨ucksichtigung bei der virtuellen Produktentwicklung und ist bereits fester Bestandteil industrieller Auslegungspraktiken. Intention der vorliegenden Arbeit ist daher, Robusheitsbewertung und Optimierung nicht entkoppelt voneinander, sondern parallel zu betrachten. Am Beispiel der zweidimensionalen Verdichterauslegung f¨ur eine hochbelastete transsonische Verdichtersektion einer Rotorreihe wird gezeigt, dass die probabilistsche Robustheitsbewertung in Verbindung mit einer Mehrkriterien- Optimierung und effizienter Antwortfl¨achenverfahren entscheidende Vorteile gegen¨uber einer rein deterministischen Auslegung aufweist. Dazu wird ein unsicherer Anstr¨omwinkel um den Auslegungspunkt mit gegeben...
Design of high-performance compressor blades is not only associated with deterministic targets li... more Design of high-performance compressor blades is not only associated with deterministic targets like maximum efficiency or safety meeting the customers’ demands, but also has to guarantee low variability of these performance properties in the presence of uncertainties. Recent investigations have shown that both human-based design and optimization-driven design will lead to insufficient robustness under uncertainties, Bestle and Flassig (2010). Therefore, it is necessary to directly account for parameter randomness within the compressor blade design process. One major source of uncertainties are manufacturing tolerances. This paper presents how realistic statistical data can be used for setting up a robustness-based aerodynamic blade design process using an approved 3D parameterization approach and a multi-objective optimization strategy in conjunction with local surrogate modeling techniques.
Design of high performance aero engines is becoming more challenging by taking into account robus... more Design of high performance aero engines is becoming more challenging by taking into account robust design aspects. The contribution will present a methodology how a deterministic optimization problem for compressor blade design can be transformed to a robust design problem. In order to reflect realistic manufacturing perturbations an internal blade parameter vector has to be identified where stochastic variations are superposed to the nominal blade proposed by the design vector. Local surrogate modeling techniques and distributed computing strategies are used to enable efficient solutions of the multi-criterion optimization problem resulting in multiple Paretooptimal robust designs.
Der Bedarf, kosteng¨unstige und zuverl¨assige Triebwerke zu konstruieren, steigt stetig. Dies zwi... more Der Bedarf, kosteng¨unstige und zuverl¨assige Triebwerke zu konstruieren, steigt stetig. Dies zwingt Triebwerkshersteller, ihre Auslegungspraktiken kontinuierlich zu verbessern und neue Wege zu gehen. Dazu z¨ahlt unter anderem die direkte Ber¨ucksichtigung von Unsicherheiten. Auf dem Gebiet der aerodynamischen Verdichterauslegung steht diese trotz der enormen Bedeutung in den Anf¨angen. Im Gegensatz dazu wird die deterministische Optimierung, d.h. die automatisierte Suche nach optimalen Entw¨urfen, erfolgreich eingesetzt. Intention der vorliegenden Untersuchung ist daher, Ans¨atze zu zeigen, wie deterministische Auslegungsprobleme in zuverl¨assigkeits- und robustheitsbasierte Mehrkriterien- Optimierungen ¨uberf¨uhrt werden k¨onnen. Am Bespiel einer hochbelasteten transsonischen Verdichterschaufelsektion und zweier denkbarer Szenarien zeigt die Arbeit sowohl die Notwendigkeit und das betr¨achtliche Potenzial, als auch die Grenzen einer probabilistischen Auslegung. Basierend auf einer...
Computational Methods in Applied Sciences, 2014
Computational Methods in Applied Sciences, 2014