轴流压气机叶型优化设计方法研究.pdf

轴流压气机叶型优化设计方法研究

摘要

叶型设计是轴流压气机设计的基础，研究压气机叶型优化设计方法、提高优化设计

的效率具有重大意义。本文以轴流压气机二维叶型为研究对象，研究二维叶型参数化方

法，基于参数化方法给出了叶型优化设计方法，还将对叶型性能影响比较敏感的前缘进

行研究，提出了一种非对称前缘的控制方法。

首先，采用中弧线厚度叠加的方法进行二维叶型的建模，中弧线和厚度分布曲线由

NURBS方程构造，采用31个叶型控制参数控制一个二维叶型的形状。以叶型建模方法

为基础开发了二维叶型几何分析程序和叶型参数化拟合程序。对某型压气机不同级叶型

进行参数化建模，在满足一定误差需求的条件下，对初始叶型和参数化叶型进行CFD

特性计算，结果表明，该造型程序可以实现各类叶型的参数化设计。

然后，基于本文的参数化造型方法，研究了造型方法中所用的造型参数对叶型性能

的影响。后续又对造型程序中前缘造型模块进行深度开发，通过增加前缘拟合曲线的控

制点和次数，研究前缘形状改变对叶型性能的影响。通过非对称前缘控制方法可以对叶

型前缘进行局部调节，也可以通过改变前缘附近的局部曲率提升叶型的性能。

接下来，以某型压气机静叶为初始叶型，将叶型造型模块、网格划分模块、流场计

算模块和优化计算模块集成到优化平台进行叶型的变攻角优化，经过数值模拟验证，得

到的优化叶型在给定攻角范围内的总压损失系数都有所下降，最高可降低17%。

最后，通过拉丁超立方体随机取样和叶型造型程序建立叶型数据样本库。将叶型数

据库中的二维叶型进行数值模拟计算，通过后处理得到各叶型的流场数据。采用POD

和代理模型结合的方法对叶型流场数据进行重构，以实现后续的高效叶型气动优化设

计。基于此方法采用三种代理模型对某型压气机静叶进行0°攻角攻角下的单目标优化，

得到的叶型在0°攻角下的性能都有所提升。

关键词：叶型优化；多岛遗传算法；总压损失系数；主成分分析；代理模型

轴流压气机叶型优化设计方法研究

ABSTRACT

Bladeprofiledesignisthebasisofaxialflowcompressordesign.Itisofgreat

significancetostudytheoptimizationdesignmethodofcompressorbladeprofileandimprove

theefficiencyofoptimizationdesign.Inthispaper,two-dimensionalaxialcompressorprofile

istakenastheresearchobjecttostudythetwo-dimensionalprofileparameterizationmethod.

Basedontheparameterizationmethod,thebladeprofileoptimizationdesignmethodisgiven.

Inaddition,theleadingedgewhichissensitivetotheinfluenceofbladeprofileperformance

isstudied,andanasymmetricleadingedgecontrolmethodisproposed.

Firstly,themethodofsuperpositionofmid-arcthicknesswasusedtomodelthe2D

profile.Thedistributioncurvesofmid-arcandthicknesswereconstructedbyNURBS

equation.A2Dprofileshapewascontrolledby31profilecontrolparameters.Basedonthe

profilemodelingmethod,thetwodimensionalprofilegeometryanalysisprogramandprofile

parametricfitting