Metodologia para projeto inverso robusto de perfis aerodinâmicos e grades de turbomáquinas.

Abstract

No projeto de perfis aerodinâmicos e grades de turbomáquinas, perturbações nas formas geométricas oriundas de erros de fabricação, desgaste natural, ou deposição de materiais, podem afetar negativamente seu desempenho, inviabilizando seu uso normal. O conceito de robustez, compreendida como pouca sensibilidade à variação dos parâmetros de projeto, aplicada junto a técnicas de projeto aerodinâmico, transformam o problema de otimização em um problema multiobjetivo, que visa a otimização de objetivos conflitantes (desempenho versus robustez). O custo da otimização é elevado quando métodos diretos de cálculo são utilizados e a análise robusta é incluída. Por outro lado, os métodos inversos possuem um custo computacional mais baixo, pelo fato da análise ser feita utilizando métodos integrais para o cálculo da camada-limite. No presente trabalho, é proposta uma metodologia para o projeto inverso robusto de aerofólios e grades lineares. As curvas de coeficiente de pressão (ou de velocidade) para os lados de sucção e pressão dos aerofólios são representados utilizando parametrizações por B-splines, tomando os pontos de controle como as variáveis de projeto. A aplicação de perturbações aos pontos de controle simula as perturbações nas curvas de velocidade, tornando possível assim uma análise de sensibilidade destas curvas, bem como da análise do desempenho. Um algoritmo genético multiobjetivo (NSGA II) é usado como otimizador, visando maximizar ambos desempenho e robustez (ou minimizar as perdas e a sensibilidade). Após a optimização, um grupo de indivíduos da frente de Pareto resultante são invertidos (ou seja, é obtida sua forma geométrica) e a robustez destes indivíduos, antes e depois da inversão, é comparada. Para os exemplos apresentados neste trabalho, verifica se que as distribuições de pressão (velocidade) geram aerofólios e grades lineares robustas após o processo de inversão.