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Reverse Engineering (RE) ist der Prozess zur Überführung von 3D-Geometrien in Neutralformaten (STEP, IGES, Parasolid, BREP) in ein parametrisches CFturbo-Modell.

Der Prozess ist halbautomatisch und besteht aus den folgenden grundlegenden Schritten:

1.Erstellen/Öffnen eines CFturbo-Projektes unter Berücksichtigung des korrekten Maschinen-Typs

2.Festlegung eines zum zu importierenden Modells passenden Auslegungspunktes (Global setup)

3.Laden der 3D-Geometrie

4.Festlegung von Parametern für die automatische Berechnung des CFturbo-Modells

5.Manuelle Anpassungen des CFturbo-Modells zur Verbesserung der Überdeckungen mit der initialen 3D-Geometrie

Die Schritte 1. und 2. dienen der in CFturbo üblichen Definition des Betriebspunktes der Turbomaschine. Die Schritte 3. und 4. werden in einem separaten Dialog durchgeführt, so dass der Anwender schnell und effizient CFturbo-Modelle erzeugen kann. Im Schritt 5. kann der Anwender bei Bedarf im herkömmlichen Design-Prozess das erzeugte Modell modifizieren (Laufräder, Statoren).

RE-Dialog

Der RE-Dialog ist in die folgenden Bereiche eingeteilt:

1.Steps (oben)

•Selektion der aktiven RE-Stufe (Laden der 3D-Geometrie, Meridian-Rückführung, Schaufel-Rückführung)

•beinhaltet Informationen zur aktiven RE-Stufe

2.Imported geometry (links)

•Laden externer 3D-Geometrie

•Anzeige der importierten 3D-Geometrie

•Ausrichten der Geometrie im 3D-Koordinatensystem des CFturbo-Modells

•Festlegung der CFturbo-Semantik für entsprechende Geometrie-Elemente (z. B. Hub, Shroud, Blade)

3.Redesigned geometry (Mitte)

•Darstellung der Berechnungsergebnisse des CFturbo-Modells als 3D-Geometrie und Meridian-Ansicht

•Festlegung von Parametern für die Berechnung des CFturbo-Modells über das Kontextmenu von 2D-Konturen in der Meridian-Ansicht

4.Settings (rechts)

•Festlegung von Parametern für die Berechnung des CFturbo-Modells

5.Message tree (unten rechts)

•enthält Informationen, Warnungen und Fehler, die während des Reverse-Engineering-Prozesses aufgetreten sind

Detaillierte Beschreibung des Import-Prozesses

1. Vorbereiten des CFturbo-Projektes

•Erstellen/Öffnen eines CFturbo-Projektes unter Auswahl des korrekten CFturbo-Moduls

•Im Global setup: Festlegung eines zum zu importierenden Modells passenden Auslegungspunktes

2. Laden der externen 3D-Geometrie

•Voraussetzungen:

oRE-Stufe Import muss selektiert

oGeometrie muss durch parametrische Flächendaten beschrieben sein (z. B. B-Spline-Fläche, Zylinderfläche, etc.)

oGeometrie kann innerhalb einer einzelnen oder mehrerer Dateien definiert sein, wobei die Neutralformate STEP, IGES, Parasolid und BREP zulässig sind

•Laden der Geometrie durch Klick auf den Load CAD data-Schalter oder durch drag & drop.

•Die geladene Geometrie wird als 3D-Modell dargestellt, wobei die enthaltenen Geometrie-Elemente im Baum links aufgelistet werden.

3. 3D-Ausrichtung der geladenen 3D-Geometrie

•Um ein akkurates CFturbo-Modell zu erhalten, muss die geladene Geometrie entsprechend dem 3D-Koordinatensystem des CFturbo-Modells ausgerichtet werden.

•Dies betrifft insbesondere die Ausrichtung der Rotations-/ Symmetrieachse der geladenen Geometrie zur z-Achse des globalen Koordinatensystems.

•Die korrekte Ausrichtung kann direkt innerhalb des Bereiches Imported geometry vorgenommen werden (Transformation).

4. Zuordnung von CFturbo-Bezeichnungen zu Geometrieelementen

•Zur Berechnung des CFturbo-Modells aus externer 3D-Geometrie ist eine Zuordnung importierter 3D-Flächen zu speziellen Teilen des CFturbo-Modells (z. B. Hub, Shroud, Blade) notwendig (Mapping).

•Die Zuordnung erfolgt bezogen auf die aktive RE-Stufe kontext-sensitiv (Meridian: Hub, Shroud/Blade tip, Blade: Main blade, Splitter blade).

•Dies kann erreicht werden durch die Selektion einer einzelnen oder mehrerer 3D-Flächen in der 3D-Ansicht oder im Modellbaum und Nutzung einer der folgenden Optionen:

oÖffnen des Kontext-Menüs durch Rechtsklick und Auswahl eines verfügbaren Teiles des CFturbo-Modells (siehe erstes Bild unten)

oKlick auf den Schalter eines verfügbaren Teiles des CFturbo-Modells neben dem Modellbaum (siehe erstes Bild unten)

•Die Zuordnung der 3D-Flächen zu Teilen des CFturbo-Modells wird informativ im 3D-Modellbaum im Bereich Imported geometry dargestellt und explizit unterhalb der Knoten des CFturbo-Modellbaums im Bereich Redesigned geometry.

•Zuordnungen können gelöscht werden durch einer der folgenden Optionen:

oRechtsklick auf das entsprechende Element im Bereich Redesigned geometry und Auswahl der Option Remove mapping

oKlick auf den Schalter Remove mapping neben dem Modellbaum

5. Berechnung des CFturbo-Modells

•Berechnung des CFturbo-Modells:

oin RE-Stufe Meridian: Die Berechnung erfolgt automatisch entsprechend der Nutzer-Interaktion

oin RE-Stufe Blade: Die Berechnung wird manuell über den Schalter Update design im Bereich Settings gestartet oder erfolgt automatisch entsprechend der Nutzer-Interaktion, wenn Automatic design update aktiviert ist

oDie automatische Berechnung wird durch Hinzufügen/Entfernen von Zuordnungen von 3D-Flächen und durch Änderung von Parametern im Bereich Settings und im Kontextmenu der meridionalen 2D-Konturen ausgelöst

•Parameter:

RE-Stufe	Parameter	Beschreibung
Import	Rotation direction [nur Laufräder]	Gibt die Rotationsrichtung des Laufrades an
Meridian	Unshrouded	Geschlossene (shrouded) or halboffene (unshrouded) Ausführung des CFturbo-Modells
	Tip clearance	Spaltweite bei halboffener Ausführung
	Define extension [Kontextmenu der 2D-Konturendpunkte]	Hub/Shroud kann auf die zu definierenden z,r Koordinaten am Einlass/Auslass verlängert werden. Dies kann angewandt werden, wenn im Falle zu kurzer Hub/Shroud-Konturen die Berechnung eines validen Meridians nicht möglich ist.
	Remove extension [Kontextmenu der 2D-Konturendpunkte]	Entfernt eine vom Anwender definierte Hub/Shroud-Verlängerung am Einlass/Auslass.
	With blades [nur Statoren]	Festlegung eines beschaufelten oder unbeschaufelten Stators
Blade	Number of blades	Schaufelanzahl des CFturbo-Modells.
	Splitter blades	Gibt an, ob Zwischenschaufeln vorhanden sind.
	Number of spans	Gibt die Anzahl der Schaufelschnitte an, die zur Berechnung der Schaufelprofile verwendet werden.
	Offset Hub/Shroud/Tip	Die Schaufelschnitte sind gleichmäßig zwischen der Hub- und der Shroud-Kontur verteilt. Der Bereich der Schaufelschnitte kann durch Abstände zur Hub- und zur Shroud-Kontur beschränkt werden, um ungenaue Schaufelprofile in Folge von Schaufelfußverrundungen zu vermeiden. Empfehlung: Entfernen von Schaufelfußverrundungen in den initialen CAD-Daten, falls möglich
	Blade edge shape (Leading/Trailing edge)	Gibt die Form der Vorder-/Hinterkante der Schaufeln an (Berechnung der Schaufelprofile ist abhängig von der Form der Schaufelkanten).

•Die Ergebnisse der Berechnung werden innerhalb des Bereichs Redesigned geometry dargestellt:

o2D-Konturen im z, r Koordinatensystem innerhalb der Meridian-Ansicht:

▪Hub- / Shroud- / Tip-Konturen

▪Vorder- / Hinterkante der Schaufel(n)

▪Schaufelschnitte (hellgrau: Konturen für die Verschneidung der Schaufelflächen; schwarz: valide Schaufelschnitte;
orange: fehlgeschlagene Schaufelschnitte)

o3D-Modell in der 3D-Ansicht (inkl. Modellbaum)

oKennzeichnung der Validität der Zuordnung der 3D-Flächen durch die Farbe der Knoten im Modellbaum
(grün: gültig, rot: ungültig/ unvollständig)

oWarnungen/Fehler während der Berechnung innerhalb des Message tree unten rechts

6. Fertigstellung des Import-Prozesses

•Nach der Berechnung eines gültigen CFturbo-Modells kann der Reverse-Engineering-Dialog durch OK geschlossen werden (irreversibel).

•Das CFturbo-Projekt enthält nun die neue Komponente, welche abschließend nur noch aktiviert werden muss.

Beispiel

In diesem Abschnitt wird der RE-Prozess ausgehend von initialer 3D-Geometrie zum CFturbo-Modell beispielhaft anhand eines Pumpenmodells beschrieben. Jedes rückgeführte CFturbo-Modell kann im herkömmlichen Design-Prozess weiterführend modifiziert werden.

1. Vorbereiten des CFturbo-Projektes

•Erstellen eines neuen CFturbo-Projektes

•Definieren des Arbeitspunktes im Global setup

•Hinzufügen einer neuen Komponente und Auswahl des Importformats

2. Laden und Vorbereiten der externen 3D-Geometrie

•Laden der externen 3D-Geometrie aus 3D-Neutralformaten

•Ausrichten der geladenen Geometrie im Koordinatensystem des CFturbo-Modells

okollineares Ausrichten der Rotationsachse mit der z-Achse

oFluidströmungsrichtung in Richtung der positiven z-Achse
(für Turbinen: entgegengesetzte Richtung!)

•Festlegen der erforderlichen Rotationsrichtung des rückzuführenden Modells

3. Meridian-Rückführung

•Auswahl von Step ❷ Meridian

•Zuordnung relevanter 3D-Flächen zur Hub / Shroud

•Es ist nicht notwendig, die Zuordnung für alle 3D-Flächen, welche die Hub-/Shroud-Oberfläche repräsentieren, vorzunehmen. Es genügt eine einzelne 3D-Fläche, die die Oberfläche vom Einlass zum Auslass abbildet.

4. Schaufel-Rückführung

•Auswahl von Step ❸ Blade

•Zuordnung relevanter 3D-Flächen einer einzelnen Schaufel zu Blade

•Auswahl der Schaufelform (Blade edge shape) der geladenen Schaufelgeometrie (rund, eckig)

•Festlegung geeigneter Parameter für die Schaufelschnitte (Blade intersection)

oStandardwert der Anzahl der Schaufelschnitte genügt im Allgemeinen (Number of spans)

oAbstände der Schaufelschnitte können für den Fall vorhandener Schaufelfußverrundungen erhöht werden (optional)

•Klick auf Update design um die rückgeführte Schaufelgeometrie zu berechnen

5. Finalisierung

•Schließen des RE-Dialogs mit OK nachdem ein valides CFturbo-Modell berechnet wurde
(initial geöffnetes/erzeugtes Projekt beinhaltet nun das importierte CFturbo-Modell)

•Aktivieren der importierten Komponente (für weiterführende Designmodifikationen)

•Speichern des Projektes um die importierte Komponente zu speichern

Mögliche Warnungen

Problem	Lösungsmöglichkeiten
Hub / Shroud: Rotation axis not collinear with global z-axis for [Flächen].
Die 3D-Ausrichtung der genannten Hub-/Shroud-Flächen ist inakkurat. Symmetrieachse ist nicht kollinear mit der globalen z-Achse.	Aktualisierung der 3D-Transformation der importierten Geometrie durch Ausrichtung der Symmetrieachse auf die globale z-Achse.
Hub / Shroud: No rotation axis information available for [Flächen].
Die genannten Hub-/Shroud-Flächen beinhalten keine Information über eine Symmetrieachse, die zur Ausrichtung der Geometrie mit der globalen z-Achse genutzt werden könnte. Aus einer inakkuraten Ausrichtung können fehlerhaft berechnete Meridiankonturen resultieren.	Im Fall von fehlerhaft berechneten Meridiankonturen: Aktualisierung der 3D-Transformation der importierten Geometrie durch Ausrichtung der Symmetrieachse auf die globale z-Achse.
Calculation of following blade profile(s) failed: [Spans].
Der Schnitt der selektierten Schaufelflächen mit den Spanflächen führt zu offenen Schaufelprofilen. Die rückgeführte Schaufelgeometrie kann stark von den selektierten Schaufeflächen abweichen.	Sicherstellen, dass es keine Lücken zwischen den selektierten Schaufelflächen im Bereich der Span-Flächen gibt. Die rückgeführte Schaufelgeometrie kann nach Beenden des RE-Prozesses im herkömmlichen Design-Prozess manuell verbessert werden.
M-distribution of following meanline(s) is not strictly increasing: [Spans].
Nicht unterstützter Verlauf der Schaufelskelettlinie(n) (nicht stetig ansteigende m-Verteilung im m,t-Koordinatensystem). Die rückgeführte Schaufelgeometrie kann stark von den selektierten Schaufeflächen abweichen.	Die rückgeführte Schaufelgeometrie kann nach Beenden des RE-Prozesses im herkömmlichen Design-Prozess manuell verbessert werden.
Hub / Shroud / Blade tip is invalid.
Aus den selektierten 3D-Flächen kann keine valide 2D-Meridiankontur berechnet werden (z. B. Selbstschnitt).	Sicherstellen, dass alle selektierten 3D-Flächen zu Hub / Shroud / Blade tip des Modells gehören. Sicherstellen der korrekten Ausrichtung der selektierten Flächen bezüglich des globalen Koordinatensystems des CFturbo-Modells. Reduzierung der Tip-clearance. Anpassung von definierten Verlängerungen von Hub/Shroud.
Primary flow path could not be computed.
Aus den selektierten 3D-Flächen kann kein valider 2D-Strömungspfad berechnet werden (z. B. sich schneidende Konturen).	Sicherstellen, dass die selektierten Flächen für Hub und für Shroud/ Blade tip nicht miteinander verbunden sind und sich nicht schneiden. Sicherstellen, dass alle selektierten 3D-Flächen zu Hub / Shroud / Blade tip des Modells gehören. Anwendung oder Anpassung der Verlängerungen von Hub/Shroud.
Computing spans for blade surface intersection failed.
Es konnten keine Flächen für die Schaufelschnitte aus der gegebenen Hub- und Shroud/Tip-Kontur berechnet werden.	Sicherstellen, dass keine Schwingungen in der Hub- und Shroud/Tip-Kontur infolge ungeeigneter Geometrie oder ungeeigneter 3D-Ausrichtung vorhanden sind.
Calculation of blade profiles failed.
Es konnte keine rückgeführte Schaufelgeometrie berechnet werden, weil zu wenig valide Schaufelprofile berechnet wurden (mindestens zwei valide Schaufelprofile müssen vorliegen).	Sicherstellen, dass es keine Lücken zwischen den selektierten Schaufelflächen im Bereich der Span-Flächen gibt. Sicherstellen, dass alle selektierten 3D-Flächen zu Main blade / Splitter blade des Modells gehören. Sicherstellen, dass die Schaufel vollständig im meridionalen Bereich liegt.
Unconnected blade faces selected.
Es wurden Schaufelflächen selektiert, die nicht miteinander verbunden sind.	Sicherstellen, dass die selektierten Schaufelflächen miteinander verbunden sind.