重型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)及相關(guān)問(wèn)題研究.pdf

1、重型燃?xì)廨啓C(jī)中高雷諾數(shù)、高湍流度的流動(dòng)特點(diǎn)使航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的可控?cái)U(kuò)散葉型失去了原有的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)推遲轉(zhuǎn)捩位置來(lái)達(dá)到減小損失。高雷諾數(shù)和高湍流度的流動(dòng)條件，會(huì)使原本發(fā)生在葉片中部的轉(zhuǎn)捩過(guò)程提前到葉片前緣，因此，針對(duì)重燃?jí)簹鈾C(jī)中特殊的工況來(lái)開發(fā)出新的可控?cái)U(kuò)散葉型十分必要。本文以此為切入點(diǎn)，重點(diǎn)考慮重型燃?xì)廨啓C(jī)中特殊的工作條件，采用一種新的葉型參數(shù)化方法，將葉型的正沖角性能作為主攻方向，兼顧低損失工作范圍，針對(duì)某重型燃?xì)廨啓C(jī)中的三個(gè)典型級(jí)的靜葉葉

2、型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出新的葉型結(jié)果。優(yōu)化結(jié)果的變沖角工況范圍及失速裕度均優(yōu)于原始葉型。在優(yōu)化葉型的基礎(chǔ)上分析提高葉型失速裕度的設(shè)計(jì)方法。
　　本文中使用的葉型優(yōu)化平臺(tái)是由優(yōu)化軟件 iSIGHT集成哈工大自主開發(fā)的葉型參數(shù)化程序與MISES和CFX兩種計(jì)算程序及其后處理模塊實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從葉片生成、流場(chǎng)計(jì)算、結(jié)果處理等流程。
　　本文優(yōu)化的原始葉型來(lái)自某重型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)中的三個(gè)典型級(jí)：跨音級(jí)、中間級(jí)與后面級(jí)靜葉的50％

3、葉高處的葉型參數(shù)。分別對(duì)應(yīng)了三個(gè)典型的流體狀態(tài)，即：可壓縮狀態(tài)、不可壓縮狀態(tài)及介于二者之間的狀態(tài)。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋找出對(duì)應(yīng)不同狀態(tài)下葉型設(shè)計(jì)的方法。
　　葉片參數(shù)化程序的基本原理是基于 NURB曲線的36參數(shù)法，該方法相比于二次曲線，幾何意義更明確，參數(shù)也較少。而與單純貝塞爾曲線相比，控制點(diǎn)有序而且形式簡(jiǎn)潔。即發(fā)揮了貝塞爾曲線通過(guò)控制點(diǎn)控制曲線形狀的優(yōu)勢(shì)，也克服了其在反問(wèn)題中求得控制點(diǎn)的雜亂無(wú)章的問(wèn)題。
　　優(yōu)化算法

4、選用多島遺傳算法，由 iSIGHT優(yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)。針對(duì)流場(chǎng)求解器運(yùn)算性能的不同，分別給予優(yōu)化參數(shù)，以達(dá)到最大程度的歷遍葉型方案。目標(biāo)函數(shù)的形式充分考慮衡量壓氣機(jī)葉型性能的主要指標(biāo)：總壓損失、工況范圍、失速裕度、壓比及折轉(zhuǎn)角。根據(jù)需求設(shè)置其相應(yīng)權(quán)重以突出優(yōu)化側(cè)重點(diǎn)。本文側(cè)重對(duì)正沖角性能的優(yōu)化，故將失速裕度的權(quán)重賦值較大。
　　計(jì)算過(guò)程采用麻省理工學(xué)院的Drela和Gile開發(fā)的MISES計(jì)算程序及商業(yè)軟件CFX完成。兩種流場(chǎng)求解器均可