Tillväxten av den globala flygtrafiken ställer höga krav på flygmotor prestanda med avsikt att minska flygets klimatpåverkan.
Ett av det mest lovande flygmotorkoncept som visar stor potential att sänka bränsleförbrukningen är den så kallade Open rotor-motorn. För att realisera den låga bränsleförbrukningen måste dock dess kärnmotor vara lätt och kompakt samtidigt som dess verkningsgrad är hög, vilket också ställer höga krav på varje ingående komponent. Ett specifikt mål gällande kompressorn är att hitta en konstruktion som kan upprätthålla ett högt tryckförhållande samtidigt som den är lätt, har en hög verkningsgrad samt att marginalen mot pumpning är hög. En lätt kompressor med högt tryckförhållande leder till att varje kompressorsteg har en hög aerodynamisk last. En svårighet i det är att det blir desto svårare att uppnå en hög verkningsgrad samtidigt som stabiliteten är tillfredställande. För att lyckas med den här utmaningen måste nya konstruktionsmetoder utvecklas där man kan balansera flera krav samtidigt.
I avhandlingen presenteras en ny konstruktionsmetod som kan användas för att hitta en balanserad kompressorkonstruktion med avseende på verkningsgrad och stabilitet. Metoden kopplar samman avancerade optimeringsalgoritmer med ett strömningsmekaniskt beräkningsverktyg. För att uppnå tidseffektivisering har en förenklad beräkningsmodell tagits fram. Modellen har även validerats med hjälp av prestandamätningar från tre experimentellt utvärderade kompressorer.
Economic aspects such as reducing the fuel consumption and ever growing environmental requirements on emissions are the major incentives in the pursuit to improve aircraft engines.
A new, promising engine concept that has the potential of significantly reduce the fuel consumption of the air transportation is the so-called Open Rotor. In order to facilitate its potential, the core of the engine must be light, compact and have high efficiency. For the low-pressure compressor, the desire to reduce weight in combination of the required pressure ratio leads to a high aerodynamic load on each stage. However, this becomes a tough design challenge as it will be more difficult to achieve a high efficiency while having sufficient stability. In order to design such a compressor new design methods must be developed in which one can consider several requirements simultaneously.
This thesis presents a new design methodology that can be used to find balanced compressor stages with respect to efficiency and stability. The method is based on advanced optimization algorithms coupled to a computational tool that predicts the aerodynamic performance. Furthermore, a simplified computational model has been developed in order to reduce the design time, making it suitable for industrial applications. The validity of the computational method is assessed by means of experimental data obtained from three highly loaded compressor cases.