遗传算法在多级压气机气动优化设计中的应用.pdf

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1、第22卷第2期航空动力学报VoI.22No.22007年2月JournalofAerospacePowerFeb.2007文章编号：1000-8055（2007）02-0305-05遗传算法在多级压气机气动优化设计中的应用脱伟，熊劲松，侯安平，周盛（北京航空航天大学航空发动机气动热力重点实验室，北京100083）摘要：用遗传优化算法结合流线曲率法管流流场求解器建立了一种多级压气机多目标气动优化设计方法.优化目标为总压比和绝热效率最大，决策变量为转子和静子叶排尾缘速度环量.测试结果表明，该优化算法的搜索效率和全局性都较好.用该方法对一台5级高压

2、压气机进行了气动优化设计，压气机性能有了明显提升.关键词：航空、航天推进系统；多级压气机；气动优化设计；遗传算法；多目标优化中图分类号：V231.3文献标识码：AApplicationofgeneticalgorithmtomulti-stagecompressoraerodynamicoptimizationdesignTUOWei，XIONGJin-song，HOUAn-ping，ZHOUSheng（NationaIKeyLaboratoryonAero-engines，BeijingUniversityofAeronauticsandA

3、stronautics，Beijing100083，China）Abstract：AmuIti-objectiveaerodynamicoptimizationmethodisdeveIopedusinggeneticaIgo-rithmandduct-fIowcodethatempIoysstreamIinecurvatureapproach.VeIocitycircuIationsatthetraiIingedgesofeachbIade-rowareoptimizedforoveraIImaximizationoftotaIpressu

4、reratioandisen-tropicefficiency.ThetestindicatesthattheoptimizationaIgorithmscanauto-searchforoptimaIresuItgIobaIIyandefficientIy.Afive-stagehighpressurecompressorisredesignedbyusingthismethodandtheperformanceisenhancedgreatIy.Keywords：aerospacepropuIsionsystem；muIti-stagec

5、ompressor；aerodynamicoptimization；geneticaIgorithm；muIti-objectiveoptimization多级压气机气动设计是一项极具挑战性的工计算机的出现和优化理论的发展，大大减轻作.一方面压气机设计本身涉及到的参数很多，需了设计者的负担，也使压气机设计水平有了很大要很多经验；另一方面，设计本身是个多目标问进步.但是，由于压气机内部流体控制方程N-S方题，要同时考虑一些相互可能有冲突的目标，比如程的高度非线性，传统的优化算法用在多级压气机效率最大，流量最大，压比最高，重量最小，寿命最优化设计

6、中都不是很有效，往往只能在一个小范围长等等，设计者要根据设计需求和自己的经验在内得到局部最优解.遗传算法等一些仿生全局优化这些参数中取得一个“平衡点”.算法的出现，才使该问题有了较好的解决.收稿日期：2005-12-23；修订日期：2006-03-09基金项目：国家自然科学基金支持项目（10477002）作者简介：脱伟（1982-），男，甘肃兰州人，北京航天大学能源与动力工程学院博士生，主要从事压气机非定常流动及气动设计研究.306航空动力学报第21卷［3，4］本文利用遗传算法与压气机内部流场求解算多复杂问题的解决中都取得了巨大成功.法建立一

7、种多级压气机气动优化设计方法.为了本文将遗传算法同压气机内部流场求解器结使方法能满足工程设计快速高效的需求，将优化合建立了一种多级压气机优化设计方法，整个算仅限定在二维范畴内.尽管这样，涉及到的设计参法的流程图如图1所示.数仍然很多.因此，抓住二维设计时的主要矛盾，对问题做了进一步的简化：优化的目标函数选取性能中最重要的两个参数———绝热效率和总压比，对两者进行多目标优化，而决策变量选取转子和静子叶排尾缘的速度环量.!"多目标优化多目标优化是指在满足给定约束条件下从设计变量的取值范围内搜索最佳设计点，使多个设计目标决定的设计对象其整体性能达到

8、最优.但是在一般情况下，不同目标对最优化的要求是相互冲突的，不存在一个最优设计点使所有的目标同时达到最优，一个目标性能的改善，往往以其他一个或多个目标性能的降低为代