基于遗传算法的2维叶型优化设计

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1、第40卷第5期2014年10月航空发动机AeroengineV01．40No．50et．2014基于遗传算法的2维叶型优化设计刘龙龙，周正贵，陶胜(南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016)摘要：为得到具有宽广低损失工作范围的静子叶片，采用基于遗传算法的优化平台对3个不同载荷水平的静子叶栅叶型的型面、安装角及弦长进行优化设计。通过比较3个叶栅优化前后的正常特性线，认为尾缘“负载荷区域”对改善叶栅性能是有益的，且其对叶栅性能的改善效果与叶片载荷有关。结果表明：优化后叶栅性能在设计点和非设计点都有明显改善

2、；叶片表面等熵马赫数分布类似控制扩散叶型，最大载荷点位置前移，叶型前段弯度增加，尾缘出现“负载荷区域”。关键词：静子叶片；压气机；数值优化；遗传算法；负载荷；航空发动机中图分类号：V232．4文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．05．010OptimizationDesignon2DBladeProfilesBasedonGeneticAlgorithmLIULong—long，ZHOUZheng—gui，TAOSheng(CoHegeofEnergyandP

3、owerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAs仃onaufics，Nanjing210016，China)Abstract：Inordertogetstatorbladeswithlowlossinawiderangeofattaekangle，threestatorbladesprofilesofdifferentloadlevelswereoptimizedbythegeneticalgorithm．Accordingtocontrastingthe

4、normalcharacteristicbehindandafterthreecascadesoptimized，thenegativeloadregiononthetrailingedgewassignificantforimprovingthecascadeperformance，whichaffectstheoptimizedresultsandbladeloadingsofcascadeperformance．Theresultsshowthattheoptimizedcascadeperforman

5、cehasobviousimprovementsfordesignconditionsandoffdesignconditions．ThedistributionsofisentropieMachnumberonthebladesurfacesissimilarwiththecontrolleddiffusionprofiles，thepositionofmaximumloadsmovesforward，camberincreasedinfrontofblades，andthe“negativeloadreg

6、ion”appearsonthetrailingedge．Keywords：statorblade；compressor；numericaloptimization；geneticalgorithm；negativeload；aeroengineO引言压气机作为航空燃气涡轮发动机的核心部件之一，其增压比和效率将直接影响航空燃气涡轮发动机的推重比、推力和耗油率。目前轴流压气机叶片设计都基于基元级叶栅思想，因此设计性能良好的基元叶型有利于研制高性能压气机叶片。随着计算机计算能力增强和流体力学数值计算技术的发展，采

7、用自动优化方法设计压气机叶片日益受到关注。自动优化方法是将数值优化技术与正问题流场计算相结合，由数学过程替代设计人员经验进行气动优化设计，使得设计过程更加客观、有效。高性能的压气机不仅需要在设计点性能良好，而且需要具有足够的稳定工作裕度，所以在叶片优化设计时，关注的是全工况范围内的性能提升【11。国内外研究人员分别采用基于梯度方法、单纯形法和遗传算法等数值最优化方法，设计出的叶型不仅在设计点性能优越；同时具有较好的非设计点性能12-91。其中国外文献[6—7】优化得到的2维叶型尾缘呈现“负载荷”的特点。本文采

8、用基于遗传算法的叶片优化平台对3个不同载荷水平的静子叶栅叶型进行优化设计，以期得到不仅在设计点性能良好，而且具有较好非设计点性能的优化叶型。收稿日期：2013—04—18作者简介：刘龙龙(1988)，男，硕士，研究方向为叶轮机气体动力学；E—mail：longll211@163．com。弓＼甩★酎℃：刘龙龙，周正贵，陶胜．基于遗传算法的2维叶型优化设计HI航空发动机，2014，40(5)：50-56