Ottimizzazione aerodinamica del bordo d’attacco di profili palari per turbine aeronautiche di bassa pressione = Aerodynamic optimization of blade profile leading edge for aeronautic low pressure turbine

Con il crescente sviluppo dei trasporti aerei, dagli anni '60 le maggiori aziende dell'industria aeronautica investono nella ricerca tecnologica con lo scopo di ridurre i consumi e di conseguenza i costi associati al carburante, dando ancor più spinta allo sviluppo di soluzioni innovative per i propulsori aeronautici. AvioAero - a GE Aviation business, azienda leader nel design e produzione di sistemi propulsivi aeronautici, investe attivamente nella ricerca e sviluppo dei propri prodotti per offrire a clienti e partner soluzioni all'avanguardia con le più moderne tecnologie. In questo scenario, la necessità di ottimizzare sempre più le prestazioni dei propulsori aeronautici si scontra con la difficoltà operativa e metodologica del sorpassare sempre più i limiti tecnologici, portando così ad analisi di dettaglio sempre più localizzate. In tale ottica si inserisce la tesi condotta in AvioAero: caratterizzare lo spazio di design specifico per il bordo d'attacco di pale di turbine di bassa pressione aeronautiche, approfondirne la fenomenologia e individuare le geometrie che minimizzano le perdite aerodinamiche. Il profilo palare oggetto di ricerca è stato selezionato fra le turbine aeronautiche attualmente in fase di sviluppo con lo scopo di ottimizzarla localmente, l'analisi di dettaglio perciò non potrà apportare consistenti riduzioni alle perdite aerodinamiche. Le parametrizzazioni stato dell'arte per il bordo d'attacco hanno il limite di inficiare significativamente il design del profilo palare, ciò ha portato all'introduzione di una parametrizzazione innovativa che permettesse di investigare gli effetti indotti dal solo bordo d'attacco, mantenendo inalterato il resto del profilo. Si è quindi approcciato il problema esplorando lo spazio multiparametrico dapprima con un Full Factorial Design of Experiments, poi attraverso una metodologia quasi-Monte Carlo, la sequenza Sobol: ogni singola forma esplorata è stata così analizzata usando il codice di simulazione numerica fluidodinamica TRAF®. Il post-processing delle simulazioni ha permesso di studiare gli effetti del bordo d'attacco sulle prestazioni e di individuare le soluzioni ottimali. Per valutare la bontà del design system in uso, il profilo ottimizzato è stato interpolato con le parametrizzazioni standard: i bordi d'attacco ottimali adattati sono ricaduti sulla geometria base di partenza. La tesi ha quindi messo in luce la riduzione di perdite ottenibile attraverso una profonda rivisitazione del design del bordo d'attacco, sebbene in ambito industriale il costo associato alle tolleranze geometriche di realizzo non ne giustifica l'applicazione.