跨聲速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子流場(chǎng)數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、風(fēng)扇/壓氣機(jī)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要部件，其性能的改進(jìn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有著至關(guān)重要的影響。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的不斷成熟，基于優(yōu)化理論的氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法逐漸興起并吸引了眾多學(xué)者進(jìn)行研究與應(yīng)用。本文的工作就是從這一方面著手，對(duì)以NASARotor37為代表的跨聲速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，采用全三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)體系對(duì)其進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本文首先應(yīng)用NASARotor37的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了基于Dawes的三維N-S方程的流場(chǎng)求解程序，并應(yīng)用該程序?qū)ASARot

2、or37進(jìn)行了流場(chǎng)數(shù)值模擬，得到了細(xì)致的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地分析了跨聲速風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中的流動(dòng)特點(diǎn)。
　　采用B樣條曲線對(duì)葉輪機(jī)械葉片進(jìn)行參數(shù)化，通過(guò)將其轉(zhuǎn)換為約束問(wèn)題，與遺傳算法、模擬退火算法相結(jié)合，可以方便、準(zhǔn)確地反求B樣條曲線控制點(diǎn)，保證擬合精度，為進(jìn)行葉輪機(jī)械的改型氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
　　考慮到單純采用遺傳算法或模擬退火算法尋優(yōu)的流場(chǎng)評(píng)估次數(shù)數(shù)量巨大，采用基于改進(jìn)的拉丁超立方體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)面模型方法與遺傳算法、模擬退火算

3、法結(jié)合構(gòu)成的高效、準(zhǔn)確的具有全局尋優(yōu)能力的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，對(duì)NASARotor37轉(zhuǎn)子重新進(jìn)行了三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別考慮了中弧線、厚度分布、三維積迭形式對(duì)NASARotor37動(dòng)葉氣動(dòng)性能的影響，構(gòu)造了不同形式的三維葉片，并對(duì)其性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。采用該優(yōu)化設(shè)計(jì)體系進(jìn)行了三維葉片的總壓比、絕熱效率等總體性能參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并與單目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，表明了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性。更進(jìn)一步，考慮到NASARotor37實(shí)際工作