优化方法在轴流压气机转子叶片气动设计中的应用.pdf

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1、第45卷第1期2013年2月南京航JournalofNanjing空航天大学学报V01．45UniversityofAeronautics＆AstronauticsFeb．NO．12013优化方法在轴流压气机转子叶片气动设计中的应用邱名周正贵(南京航空航天大学能源与动力学院。南京．210016)摘要：尝试将数值最优化方法应用于压气机叶片气动设计。针对一台高压比、小流量轴流压气机转子，采用任意回转面叶型优化设计和三维叶片优化设计，实现了达到给定压比、流量前提下较高效率和较大稳定工作范围。研究结果表明：转子叶片通道内流动可采用S1／s2两类流面近似，采用S1／S

2、2两类流面设计方法可得到气动性能较好的转子；以叶型积叠线、安装角及子午面流道作为设计变量，采用三雏叶片优化方法可进一步提高转予气动性能。关键词：压气机；转子；叶片；任意回转面叶栅；数值最优化中圈分类号：V231．3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)01一0075一07ApplicationofNumericalOptimizationMethodinAerodynamicDesignofAxialCompressorRotorQiuMing，ZhouZhenggui(CollegeofEnergyandPowerEngineering，N

3、anjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Numericaloptimizationmethodisusedinaerodynamicdesignofcompressorblade．Inthede—signprocessofasmallaxialcompressorwithhighpressureratio，arbitraryrotarysurfacebladeprofilesand3一Dbladearedesignedbythenumericalopti

4、mizationmethod．Whenthedesignedrotorreachesgiv—enpressureratioandmassflowrate，itwillhaverelativelyhighefficiencyandlargestabilizationwork—ingrange．Theinvestigationshowsthattheflowinrotorpassagecanbeapproximatedbysl／s2flowsurfaces；Rotorwithhighaerodynamicperformancecanbeobtainedbyusi

5、ngthesl／szflowsurfacebladedesignmethod：Therotorperformancecanbefurtherimprovedbyusing3一Dbladeoptimizationmethod，inwhichthebladestackline，pitchangleandmeridionalpassagearesetasdesignvariables．Keywords：compressor；rotor；blade；arbitraryrotaryblades；numericaloptimization轴流压气机气动设计可分为4个步骤

6、，即初始设计、通流设计、二维叶型设计和三维叶片设计[1≈]。初始设计采用平均半径速度三角形以及经验关系确定主要几何和性能参数。通流设计阶段采用S2流面流场计算根据给定的叶片扭向设计规律确定各排叶片进出口参数，作为S1流面叶型设计边界条件。若干个S1流面叶型设计完成后，沿径向叠加构成三维叶片。最后采用三维设计方法对以上基于sl／s2两类流面二维设计进行改进(如：积叠线掠形设计和上下环壁区叶型修改等)。在S1流面二维叶型优化设计研究方面，Frank等[4蜘分别采用遗传算法、单纯形法等数值最优化方法对压气机二维叶型进行气动优化设计，设计出的叶型不仅在设计点性能优越

7、，同时具有较好的非设计点性能。Koller等人[63采用正态分布随机搜索与梯度法相结合数值最优化方法、流场计算采用势流附面层迭代方法，构成二维叶型优化设计软件；并采用该软件对4种高亚声控制扩散叶型进行再设计，进一步有效提高了气动性能。在三维叶片优化设计研究方面，目前工程中通收稿日期：2012-01-09；修订日期：2012—02—25通信作者：周正贵，男，教授，博士生导师，1962年出生，E-mail：zzgon@nuaa．edu．cn。76南京航空航天大学学报第45卷常保持叶型不变对叶型安装角、叶型积叠线优化吲；也有对叶片型面和叶片积叠线同时进行优化设计[

8、8_9]，但这种优化设计由于变量太多、设计空间过大，