Delftse wiskundigen helpen het ultieme propellerblad ontwerpen

Doel van het Europese Motor-programma (€ 4,3 miljoen, penvoerder TU Delft, www.motor-project.eu) is om met nieuwe wiskundige concepten en geavanceerde rekentools nieuwe technologieën te ontwikkelen waarmee in minder tijd dergelijke zogenoemde fluid energy machines optimaal kunnen worden ontworpen.

Fluid energy machines

Het Horizon 2020-onderzoek richt zich op vier fluid energy machines: scheepsschroeven, vliegtuigmotoren, waterturbines en schroefmachines. Deze machines hebben met elkaar gemeen dat ze mechanische energie omzetten naar beweging van een vloeistof of omgekeerd. De efficiëntie van dit proces hangt in belangrijke mate af van de vorm (geometrie) van de propellers, rotorbladen of schroeven. De mogelijkheden voor het ontwerp van deze complexe vormen en hun behuizing zijn letterlijk onbegrensd. Kleine wijzigingen kunnen al aanzienlijke invloed hebben op de prestaties van de machine. Met de huidige tools voor Computer-Aided Design en Computer-Aided Analysis (CAD en CAE) is het voor producenten van deze machines nagenoeg onmogelijk om de efficiëntie van hun producten te vergroten.

Virtuele analyse

Motor richt zich op de ontwikkeling van nieuwe wiskundige concepten en geavanceerde rekentools. Hiermee wordt het ontwerp van fluid energy machines virtueel geanalyseerd, met gebruik van de exacte geometrie van het ontwerp. In het project wordt met behulp van vele gespecialiseerde CAD- en CAE-programma’s en de deskundigheid van ervaren ingenieurs een verbeterd machineontwerp gemaakt, waarmee de eigenschappen van de vele verschillende onderdelen virtueel kunnen worden geanalyseerd, lang voordat het eerste prototype wordt geproduceerd.

Huidige tekortkomingen

Matthias Möller, universitair docent Numerieke Wiskunde TU Delft en projectcoördinator: "De traditionele ontwerpwerkprocessen hebben twee soorten tekortkomingen. De vele handmatige ingrepen vertragen het ontwikkelingsproces aanzienlijk en verhinderen het volledig automatiseren van virtuele ontwerpprocessen. Bovendien bieden al die verschillende softwaretools een iets andere representatie van de geometrie van het product, zodat de gegevens steeds heen en weer moeten worden geconverteerd. Hiermee vergroot je de kans op afwijkingen van het oorspronkelijke CAD-ontwerp. Het idee achter Motor is om alle tools voor CAD en CAE aan één geometrie te koppelen en deze in dezelfde wiskundige termen te beschrijven. Op die manier hoeven er geen gegevens meer verloren te gaan door omzetting."

Samenwerkende sectoren

Möller: "Uitzonderlijk aan dit project is dat onderzoekers en industriële partners uit diverse sectoren samenwerken om de kloof tussen CAD, simulatieanalyse en automatische vormoptimalisatie te dichten. Voorheen bestond er nauwelijks een dergelijke interactie. In dit project willen we de ontwikkelde technieken integreren in daadwerkelijke industriële ontwerpwerkprocessen, zodat vliegtuigmotoren, scheepspropellers, waterturbines en schroefmachines sneller en flexibeler kunnen worden ontwikkeld. Ook niet onbelangrijk is dat daarmee de concurrentiekracht van de Europese productiesectoren groter wordt, en hun positie op de wereldmarkten sterker."

Partners

Het driejarige project wordt gecoördineerd door Matthias Möller, universitair docent Numerieke Wiskunde, en Wendy Murtinu-van Schagen, projectmanager bij het Delft Institute of Applied Mathematics (DIAM) van de TU Delft. Het consortium, bestaat uit de volgende partners: Caterpillar, ESS Engineering Software Steyr GmbH, Universität Linz, Stichting Maritiem Research Instituut Nederland (Marin), Mavel As, MTU Aero Engines, Technische Universität Dortmund, Technische Universität Kaiserlautern, von Karman Institute of Fluid Dynamics en de TU Delft.