Uncertainty Quantification in Computational Fluid Dynamics and Aircraft Engines

این کتاب تکنیک‌های طراحی جدیدی را معرفی می‌کند که برای افزایش ایمنی موتورهای هواپیما ایجاد شده‌اند. نویسندگان نشان می‌دهند که چگونه استفاده از روش‌های عدم قطعیت می‌تواند بر مشکلات پیش‌بینی دقیق بالابر موتور، ناشی از خطای ساخت، غلبه کند. این به نوبه خود دشواری دستیابی به حاشیه های ایمنی مورد نیاز را که توسط محدودیت در طراحی و روش های ساخت فعلی اعمال می شود، بهبود می بخشد.

این متن نشان می‌دهد که حتی دینامیک سیالات محاسباتی پیشرفته (CFD) قادر به پیش‌بینی عملکرد مشابه اندازه‌گیری شده در آزمایش‌ها نیست. روش‌های CFD هندسه‌های ایده‌آلی را فرض می‌کنند، اما هندسه‌های ایده‌آل وجود ندارند، نمی‌توانند تولید شوند و عملکرد آنها با هندسه‌های واقعی متفاوت است. با اعمال تغییرات هندسی چند میکرون، تطابق با آزمایش ها به طور چشمگیری بهبود می یابد، اما متأسفانه خطاهای ساخت در موتورها یا در آزمایش ها ناشناخته است. برای غلبه بر این محدودیت، کمی سازی عدم قطعیت توابع چگالی احتمال خطاهای ساخت را در نظر می گیرد. سپس می توان تغییرات کلی عملکرد موتور جت را با استفاده از تکنیک های تصادفی پیش بینی کرد.

کمی سازی عدم قطعیت در دینامیک سیالات محاسباتی و موتورهای هواپیما نشان می دهد که برخی از هندسه ها تحت تأثیر خطاهای ساخت قرار نمی گیرند، به این معنی که می توان موتورهای ایمن تری طراحی کرد. به جای تلاش برای بهبود دقت تولید، کمی سازی عدم قطعیت زمانی که برای CFD اعمال می شود، می تواند جهت طراحی بهبود یافته را نشان دهد. این کتاب مورد توجه سازندگان و طراحان توربین گاز و همچنین پزشکان، متخصصان و محققان CFD خواهد بود. دانشجویان فارغ التحصیل و سال آخر کارشناسی نیز ممکن است از آن استفاده کنند.

This book introduces novel design techniques developed to increase the safety of aircraft engines. The authors demonstrate how the application of uncertainty methods can overcome problems in the accurate prediction of engine lift, caused by manufacturing error. This in turn ameliorates the difficulty of achieving required safety margins imposed by limits in current design and manufacturing methods.

This text shows that even state-of-the-art computational fluid dynamics (CFD) are not able to predict the same performance measured in experiments; CFD methods assume idealised geometries but ideal geometries do not exist, cannot be manufactured and their performance differs from real-world ones. By applying geometrical variations of a few microns, the agreement with experiments improves dramatically, but unfortunately the manufacturing errors in engines or in experiments are unknown. In order to overcome this limitation, uncertainty quantification considers the probability density functions of manufacturing errors. It is then possible to predict the overall variation of the jet engine performance using stochastic techniques.

Uncertainty Quantification in Computational Fluid Dynamics and Aircraft Engines demonstrates that some geometries are not affected by manufacturing errors, meaning that it is possible to design safer engines. Instead of trying to improve the manufacturing accuracy, uncertainty quantification when applied to CFD is able to indicate an improved design direction. This book will be of interest to gas turbine manufacturers and designers as well as CFD practitioners, specialists and researchers. Graduate and final year undergraduate students may also find it of use.