提高渦輪機的效率是降低油耗的關鍵。在一次完整的高速飛行軌跡中，飛機會在溫差(從40°C的跑道溫度至-60°C的巡航溫度)條件下以不同速度飛行，渦輪發動機需要在此條件下仍能以極高的轉速運轉。流經渦輪的廢氣溫度會高達幾百攝氏度。設計渦輪機時需重點考慮其轉子與定子之間的間隙，應盡可能使其最小化。飛行過程中發動機組件的熱膨脹會導致間隙發生變化，因此有效

控制間隙是面臨的特殊挑戰。合理有效的冷卻方案是渦輪機高效運轉的關鍵。一般說來，航空渦輪機的直徑通常大于1米，而其要求的定轉子間隙應小于0.5毫米。

   工程師要想做出正確而可靠的設計方案，應當考慮整個系統及其物理結構，流體動力，熱效應以及多物理場條件下的結構變形等各種因素。

多物理場方法
          這里描述的Avio公司研究的數值多物理場方法是借助于EnginSoft sPA軟件的一種自動計算過程。這種方法可以控制三款

軟件工具的運行和數據傳輸過程。
• MSC.P-thermal:計算物體固體結構溫度分布的溫度場求解器；
• MSC.Marc:計算物體固體結構變形程度的變形分析工具；
• Flowmaster:計算燃氣渦輪周圍流場分布的系統級流體求解器。

  多物理場仿真是由嵌入到MSC.P-thermal的特定FORTRAN 程序庫驅動的。FORTRAN程序庫通過引用流體求解器(Flowmaster)和變形分析軟件(MSC.Marc)進行協同仿真。對Flowmaster的調用是通過臨時用VB執行的耦合界面程序實現的。

耦合界面控制著兩組編碼之間的數據傳輸，通過對元器件屬性及仿真數據的設置、運行和結果輸出，實現對各部分元器件流體仿真過程的控制。

系統級仿真
   為保證整個設計的精確性，需要對整個系統—包含了定子和轉子的渦輪機系統進行建模。二次進氣系統，冷卻回路，主動間隙控制設備和主流道也是發動機系統級分析要考慮的。整個發動機系統的仿真需要考慮飛機在待機、起飛、巡航、進場及登錄各階段所處的不同狀態。一次完整的仿真大約持續1個星期，需要大約5000

次Flowmaster仿真和3000次變形仿真。所有的仿真和數據傳輸過程是由溫度場求解器通過自動的界面程序進行控制和管理的。

結論
   Avio公司的多物理場數值計算方法已經通過驗證，利用此方法能夠在發動機設計階段早期更好地理解渦輪機的散熱過程。同時此方法也便于對幾何圖形、材料屬性、冷卻氣流進行最優參數設置，以實現對間隙的控制。總之，在設計階段的早期，多物理場協同仿真能夠設定最佳間隙值，以提高效率并降低能耗。這對于限制航空發動機的污染物排放具有重大意義。