基于数模参数化生成的压气机叶片优化设计研究

发布时间：2020-06-18 11:02

【摘要】：在压气机设计过程中存在反复修改数模和生成计算网格的带来严重耗时的问题。凭借参数化表达数模的优势,尝试结合计算机辅助设计制作一款可进行轴流压气机的压气机叶片设计与优化的软件。本文主要内容分为以下四方面:首先,根据相关背景知识可知一维设计与通流设计能够得到了轴流压气机叶型与叶片的数据。故叶型先采用任意多项式方法得到中弧线,再使用直接参数化方法得到叶型数模;对叶片采用积叠线弯掠参数化方法得到叶片数模。其次,对压气机设计过程中的关键计算技术进行研究,其中一维计算采用流量连续方程、能量方程、热力学第一定律与广义伯努利方程;通流计算采用曲率流线法。计算结果表明一级轴流压气机的总压比与总效率为1.4848和83.35%。而对压气机进行全三维计算时所需质量较好计算网格通过定制的O型拓扑制作,既能够保证计算网格的质量又便于优化网格质量。在网格计算时采用单通道计算可以较大的缩短网格生成时间和计算时间,并且计算精度与全环计算差距较小。然后,采用遗传算法对一维设计采用总压比和总效率为目标,以流量系数、进口总压系数、进口导叶系数、载荷系数为设计参数,设计参数分别取1.01、0.96、0.96、0.32时,总压比和总效率提高最多;对通流设计选取环量分布、脱轨角、转子叶片效率、前缘半径和后缘半径为设计参数,设计参数分别选取2%,1%,0.96,10%,5%时,总压比与总效率提高最多。最后,依托中国空气动力研究与发展中心的现有技术储备,利用编程语言C++实现了一维设计数据与通流设计输入、通流设计数据与参数化数模生成、数模与网格生成等的接口函数,从而完成了航空发动机设计/评估系统软件平台(AIFS)主要功能,即压气机叶片自动化设计与优化。并对软件生存的压气机叶片进行数值计算,得到设计的叶片气动性能良好和软件具备良好的鲁棒性。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH45
【图文】：

涡扇,发动机

西南科技大学硕士研究生学位论文第 2 页N-S 方程为基础的压气机设计系统。此种方法与设计人员的工作经验的重要性变低，关键因素转换为计算机的计算能力。显然由于经费与时间限制，只能发展、引进计算流体力学（CFD）技术，依靠科学技术的进步来设计出更好的压气机。由于通过设计软件的原理就是反复计算，然后从众多组结果中选择较好的组合方案，所以对实际试验数据和经验模型的依赖性较弱，这对于缺少经验的工作人员显得十分重要。但这套软件由于工作量较大，所以需要多个部门合作完成开发。

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则需要进行叶片优化。这也是为何周正贵动叶片优化设计的原因。采用叶型自动优化动性能的叶片。或者正/反问题配合优化算法设计的叶片在气动性能上达到设计要求。周有相关的软件作为支持，但是存在软件非商设计人员的专业知识。如图 1-2 所示为汪光文界面，采用遗传算法进行叶片优化。机叶片优化过程采用数值最优化方法，可分火法、单纯形法）和基于梯度的方法（如共其中遗传算法具有全局寻优能力，但是优化过进行流场数值计算，从而耗时较长。基于梯，但是对于局部极值的寻优可能会产生局部力不如遗传算法，但流场计算次数少于遗传法和基于梯度方法之间。单纯形法的核心思标函数，然后比较各个顶点上的目标函数值小值问题中就是目标函数值最大的点），并的多边形即构成新的单纯形，通过这种方法单纯形的流程图。

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