压气机叶片多目标优化设计及稳定裕度分析

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1、第44卷第6期2014年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．44No．6Nov．2014压气机叶片多目标优化设计及稳定裕度分析刘俊文1，孙刚1，蔡锦阳2(1．复旦大学力学与工程科学系，上海200433；2．中国商飞上海飞机设计研究院2，上海201210)摘要：将数值最优化方法与压气机叶片流场计算相结合，以总压损失、压比、流量作为目标，应用人工神经网络来近似拟合其与设计变量的函数关系，基于罚函数利用遗传算法对其进行优化直至收敛。从压气机堵塞点开始，逐步提高背压，进行稳定性分析，得出优化前后叶片的稳定裕度。与原风扇转子相比

2、，在设计工作点总压损失系数降低，压比和流量均增大，并且在整个工作流量范围内除在喘振点附近外总压比和效率都有一定的提高，经过验证优化后转子的峰值效率和稳定裕度都得到了显著提高。关键词：多目标优化；压气机；总压损失系数；稳定裕度中图分类号：0242文献标识码：A文章编号：1671-654X(2014)06—0067-03Multi—objectiveOptimizationDesignofAxialCompressorBladeandStabilityMarginAnalysisLIUJun—wenl，SUNGan91，CAIJin—yan92(1．Departmento

3、fMechanicsandEngineeringScience，FudanUniversity，Shanghai200433，China；2．ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute，CommercialAircraftCorporationofChina，Shanghai201210，China)Abstract：Inthispaper，anautomaticaerodynamicoptimizationsystemforaxialcompressorwasconstrue—tedwhichwascomposedofflo

4、wfieldsimulations，Directtowardthetargetoftotalpressureloss，pressureratio，massflow，neuralnetworksareusedtoapproximatelyfittherelationbetweenthemandthedesignvariables．BasedonpenaltyfunctionWeusegeneticalgorithmstorepeatedoptimizinguntilconvergence．Startingfromthepluggingpointofthecompress

5、or，graduallyincreasethebackpressure，carryingonthestabilityanalysisandgetthestabilitymarginbeforeandafteroptimizationoftheblade．Comparedwiththeoriginalrotorinthedesignpoint，ithaslowertotalpressurelosscoefficient，andpressureratioandflowwereincreased．Ontheentireoperatingflowrangethetotalpr

6、essureratioandefficiencyhasimprovedout—sidethevicinityofthesurgepoint，afterverification，thestabilitymarginandthepeakefficiencyoftheop—timizedrotorhavebeensignificantlyimproved．Keywords：multi—objectiveoptimization；compressor；totalpressurelosscoefficient；stabilitymargin引言轴流压气机是航空发动机核心部件之一

7、，其性能的改善对发动机性能的提高有着至关重要的作用。随着先进飞机的发展和使用要求的提高，稳定性已经成为发动机一项日益重要的使用考核指标。发动机的气动稳定性问题，突出表现在飞机飞行时发动机进口流场更加恶化，这影响了发动机喘振边界，降低了发动机的性能和稳定裕度，可能导致发动机失稳，引起转子强迫振动和叶片的耦合振动，影响发动机的结构完整性。因此，发动机的气动稳定性问题制约着发动机的发展和使用，必须将它作为一项设计指标贯彻到发动机研制使用的各个阶段以进行稳定性分析和检验。数年来，世界各航空大国均投入了大量的精力进行发动机稳定性方面的研究。压气机叶片的气动优化