风扇/压气机分流环设计优化研究
发布时间：2022-01-19 14:10
随着航空发动机性能的提升和气流通道的变革,风扇/压气机分流环数目由一个变为多个,几何特征也渐趋多样化和复杂化,这对分流环的设计方法提出了更严苛的要求。然而当前单独针对分流环的研究本身就比较缺乏,且大都聚焦于分流环附近流场及对整机性能的影响方面,关于分流环结构设计的理论研究和方法探索几乎处于空白。针对这一现状,本文以风扇/压气机分流环二维模型为研究对象展开了以下工作:（1）针对复杂分流环前缘提出了曲线拟合、翼型修正等初始设计方法,针对紧凑型内涵发展了“中线分布+面积分布+厚度叠加”的初始设计方法。数值结果表明缓急相当中线规律+先急后缓面积规律（c2+a1型）所调控的内涵出口静压畸变程度小且总压恢复能力强;分流环壁面静压损失Bezier曲线拟合法最大,翼型修正法次之,圆弧参数法最小。（2）发展了适用于复杂分流环参数化设计的类别形状转换（CST）方法,通过实例检验了CST参数化方法的拟合精度。提出了“试验设计（DOE）+自适应模拟退火算法（ASA）全局寻优”的组合优化策略,发展了试验设计结果的二次回归模型分析方法,研究了不同设计变量对设计目标的影响规律。（3）基于Isight环境搭建了分流环...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[8]研究的两种分流环形式
致分流环变形的主要原因。天大学的刘光熠[22]等开展了包含分流环结构在过有限元方法研究了分流环支撑结构的气动载荷：机动载荷作用下应力集中点位置随载荷改变而布在承力支板与内、外机匣以及分流环的交接面装配结构对于压气机整体强度和疲劳寿命来说阳发动机设计研究所的孙琪[23]等人对某型发动层进行了试验测量，并对比了长分流环和短分流）。结果表明：短分流环试件内流动特性较长分的刘长春[24]等采用有限元分析软件 Ansys 对某接安装的脱开失效载荷进行了分析，对有限元计状态非线性转化为位移边界条件，提高了计算用下，分流环外涵中部的径向位移试验结果与计变形随着载荷增大首先呈线性规律增大，随后呈形。
图 1-11 试验段常规分流环结构 图 1-12 向前延伸的特殊分流环结构霍尼韦尔公司 Miller M J，Durschmidt D F[26-29]等人在 2004 年前后开发了一套集成化的压气机通流设计程序 UTFS（Universal Through-Flow System），可以用作风扇、轴流/离心及组合压气机一体化设计。该程序改善了传统流线曲率法将流道定义为计算站端点而无法调整流道型线的缺陷，并且在涉及分流问题时可以节省至少 30%的设计时间。该程序的另一个独到之处是将分流环类比为一个中跨阻尼器，根据两条流线曲率来定义分流环内外壁面型线，同时在内外涵各设两个计算站来定义其轴向延伸区。这样设计分流环结构时充分考虑到流线曲率，又保证其不受计算站位置的限制。普度大学（Purdue University）的 Jacob C. Haderlie[30]等人运用 Kriging[31]代理模型对某超音速进气道的分流环几何进行了多目标优化设计，从而改善了该发动机超音进气道的整体气动性能。在该优化设计问题中，以分流环长度和前缘参数化可变系数为设计变量，以进气道和发动机气动交界面（Aerodynamic InterfacePlane，AIP）的总压恢复系数和径向峰值畸变强度为两个设计目标，并采用 ε-[32]
【参考文献】：
期刊论文
[1]压气机中介机匣三点NURBS曲线参数化方法[J]. 邓小明,高丽敏,冯旭栋,刘波. 工程热物理学报. 2014(07)
[2]总流量及分流比对某型风扇/压气机性能的影响研究[J]. 刘波,李民,郑舒桐. 科学技术与工程. 2014(12)
[3]基于Bezier曲线的端壁造型设计方法研究[J]. 那振喆,刘波,赵刚剑,史磊. 推进技术. 2014(05)
[4]基于CST参数化方法的翼型气动优化设计[J]. 卜月鹏,宋文萍,韩忠华,许建华. 西北工业大学学报. 2013(05)
[5]国外先进航空发动机技术带给我们的启示[J]. 黎明,索建秦,吴二平. 航空制造技术. 2013(09)
[6]关于压气机过渡段设计方法的探讨[J]. 高丽敏,冯旭栋,陈璇,吴亚楠. 航空学报. 2013(05)
[7]涡扇发动机全加力状态收油门过程中分流环参数变化的飞行试验[J]. 史建邦,姚尚宏,王玲玲. 航空动力学报. 2012(03)
[8]某型航空发动机中介机匣分流环插接安装的脱开失效载荷分析[J]. 刘长春,廖连芳,邵丕仁,安中彦. 航空发动机. 2012(01)
[9]基于自适应模拟退火算法的最优Lambert双冲量转移[J]. 李小将,赵辉,赵伟. 装备指挥技术学院学报. 2011(04)
[10]基于拉丁超立方抽样的导弹快速精度分析与误差补偿方法[J]. 郝中军,扈晓翔. 兵工自动化. 2009(06)
博士论文
[1]曲线造型中关于拟合、参数化及形状优化问题的研究[D]. 李培培.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于CST参数化方法的飞机翼型快速设计研究[D]. 徐亚峰.南京航空航天大学 2012
[2]一种无人机S弯进气道设计与气动特性研究[D]. 马高建.南京航空航天大学 2007
[3]风扇/压气机内外涵分流比特性及分流环效应研究[D]. 郑舒桐.西北工业大学 2007
[4]模拟退火算法的原理及算法在优化问题上的应用[D]. 庞峰.吉林大学 2006
[5]带自由表面的后向台阶流动的流场研究[D]. 曾诚.河海大学 2006
[6]多轴载荷下发动机中介机匣强度与寿命研究[D]. 刘光熠.南京航空航天大学 2005
本文编号：3596995
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[8]研究的两种分流环形式
致分流环变形的主要原因。天大学的刘光熠[22]等开展了包含分流环结构在过有限元方法研究了分流环支撑结构的气动载荷：机动载荷作用下应力集中点位置随载荷改变而布在承力支板与内、外机匣以及分流环的交接面装配结构对于压气机整体强度和疲劳寿命来说阳发动机设计研究所的孙琪[23]等人对某型发动层进行了试验测量，并对比了长分流环和短分流）。结果表明：短分流环试件内流动特性较长分的刘长春[24]等采用有限元分析软件 Ansys 对某接安装的脱开失效载荷进行了分析，对有限元计状态非线性转化为位移边界条件，提高了计算用下，分流环外涵中部的径向位移试验结果与计变形随着载荷增大首先呈线性规律增大，随后呈形。
图 1-11 试验段常规分流环结构 图 1-12 向前延伸的特殊分流环结构霍尼韦尔公司 Miller M J，Durschmidt D F[26-29]等人在 2004 年前后开发了一套集成化的压气机通流设计程序 UTFS（Universal Through-Flow System），可以用作风扇、轴流/离心及组合压气机一体化设计。该程序改善了传统流线曲率法将流道定义为计算站端点而无法调整流道型线的缺陷，并且在涉及分流问题时可以节省至少 30%的设计时间。该程序的另一个独到之处是将分流环类比为一个中跨阻尼器，根据两条流线曲率来定义分流环内外壁面型线，同时在内外涵各设两个计算站来定义其轴向延伸区。这样设计分流环结构时充分考虑到流线曲率，又保证其不受计算站位置的限制。普度大学（Purdue University）的 Jacob C. Haderlie[30]等人运用 Kriging[31]代理模型对某超音速进气道的分流环几何进行了多目标优化设计，从而改善了该发动机超音进气道的整体气动性能。在该优化设计问题中，以分流环长度和前缘参数化可变系数为设计变量，以进气道和发动机气动交界面（Aerodynamic InterfacePlane，AIP）的总压恢复系数和径向峰值畸变强度为两个设计目标，并采用 ε-[32]
【参考文献】：
期刊论文
[1]压气机中介机匣三点NURBS曲线参数化方法[J]. 邓小明,高丽敏,冯旭栋,刘波. 工程热物理学报. 2014(07)
[2]总流量及分流比对某型风扇/压气机性能的影响研究[J]. 刘波,李民,郑舒桐. 科学技术与工程. 2014(12)
[3]基于Bezier曲线的端壁造型设计方法研究[J]. 那振喆,刘波,赵刚剑,史磊. 推进技术. 2014(05)
[4]基于CST参数化方法的翼型气动优化设计[J]. 卜月鹏,宋文萍,韩忠华,许建华. 西北工业大学学报. 2013(05)
[5]国外先进航空发动机技术带给我们的启示[J]. 黎明,索建秦,吴二平. 航空制造技术. 2013(09)
[6]关于压气机过渡段设计方法的探讨[J]. 高丽敏,冯旭栋,陈璇,吴亚楠. 航空学报. 2013(05)
[7]涡扇发动机全加力状态收油门过程中分流环参数变化的飞行试验[J]. 史建邦,姚尚宏,王玲玲. 航空动力学报. 2012(03)
[8]某型航空发动机中介机匣分流环插接安装的脱开失效载荷分析[J]. 刘长春,廖连芳,邵丕仁,安中彦. 航空发动机. 2012(01)
[9]基于自适应模拟退火算法的最优Lambert双冲量转移[J]. 李小将,赵辉,赵伟. 装备指挥技术学院学报. 2011(04)
[10]基于拉丁超立方抽样的导弹快速精度分析与误差补偿方法[J]. 郝中军,扈晓翔. 兵工自动化. 2009(06)
博士论文
[1]曲线造型中关于拟合、参数化及形状优化问题的研究[D]. 李培培.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于CST参数化方法的飞机翼型快速设计研究[D]. 徐亚峰.南京航空航天大学 2012
[2]一种无人机S弯进气道设计与气动特性研究[D]. 马高建.南京航空航天大学 2007
[3]风扇/压气机内外涵分流比特性及分流环效应研究[D]. 郑舒桐.西北工业大学 2007
[4]模拟退火算法的原理及算法在优化问题上的应用[D]. 庞峰.吉林大学 2006
[5]带自由表面的后向台阶流动的流场研究[D]. 曾诚.河海大学 2006
[6]多轴载荷下发动机中介机匣强度与寿命研究[D]. 刘光熠.南京航空航天大学 2005
本文编号：3596995
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