提高涡轮机的效率是降低油耗的关键。在一次完整的高速飞行轨迹中，飞机会在温差(从40°C的跑道温度至-60°C的巡航温度)条件下以不同速度飞行，涡轮发动机需要在此条件下仍能以极高的转速运转。流经涡轮的废气温度会高达几百摄氏度。设计涡轮机时需重点考虑其转子与定子之间的间隙，应尽可能使其最小化。飞行过程中发动机组件的热膨胀会导致间隙发生变化，因此有效

控制间隙是面临的特殊挑战。合理有效的冷却方案是涡轮机高效运转的关键。一般说来，航空涡轮机的直径通常大于1米，而其要求的定转子间隙应小于0.5毫米。

   工程师要想做出正确而可靠的设计方案，应当考虑整个系统及其物理结构，流体动力，热效应以及多物理场条件下的结构变形等各种因素。

多物理场方法
          这里描述的Avio公司研究的数值多物理场方法是借助于EnginSoft sPA软件的一种自动计算过程。这种方法可以控制三款

软件工具的运行和数据传输过程。
• MSC.P-thermal:计算物体固体结构温度分布的温度场求解器；
• MSC.Marc:计算物体固体结构变形程度的变形分析工具；
• Flowmaster:计算燃气涡轮周围流场分布的系统级流体求解器。

  多物理场仿真是由嵌入到MSC.P-thermal的特定FORTRAN 程序库驱动的。FORTRAN程序库通过引用流体求解器(Flowmaster)和变形分析软件(MSC.Marc)进行协同仿真。对Flowmaster的调用是通过临时用VB执行的耦合界面程序实现的。

耦合界面控制着两组编码之间的数据传输，通过对元器件属性及仿真数据的设置、运行和结果输出，实现对各部分元器件流体仿真过程的控制。

系统级仿真
   为保证整个设计的精确性，需要对整个系统—包含了定子和转子的涡轮机系统进行建模。二次进气系统，冷却回路，主动间隙控制设备和主流道也是发动机系统级分析要考虑的。整个发动机系统的仿真需要考虑飞机在待机、起飞、巡航、进场及登录各阶段所处的不同状态。一次完整的仿真大约持续1个星期，需要大约5000

次Flowmaster仿真和3000次变形仿真。所有的仿真和数据传输过程是由温度场求解器通过自动的界面程序进行控制和管理的。

结论
   Avio公司的多物理场数值计算方法已经通过验证，利用此方法能够在发动机设计阶段早期更好地理解涡轮机的散热过程。同时此方法也便于对几何图形、材料属性、冷却气流进行最优参数设置，以实现对间隙的控制。总之，在设计阶段的早期，多物理场协同仿真能够设定最佳间隙值，以提高效率并降低能耗。这对于限制航空发动机的污染物排放具有重大意义。

欲了解产品Flowmaster的更多详细信息，请点击http://www.simu-cad.com/product-432.aspx