重型燃氣輪機壓氣機葉型優(yōu)化設(shè)計及相關(guān)問題研究.pdf

1、重型燃氣輪機中高雷諾數(shù)、高湍流度的流動特點使航空發(fā)動機中的可控擴散葉型失去了原有的優(yōu)勢：通過推遲轉(zhuǎn)捩位置來達到減小損失。高雷諾數(shù)和高湍流度的流動條件，會使原本發(fā)生在葉片中部的轉(zhuǎn)捩過程提前到葉片前緣，因此，針對重燃壓氣機中特殊的工況來開發(fā)出新的可控擴散葉型十分必要。本文以此為切入點，重點考慮重型燃氣輪機中特殊的工作條件，采用一種新的葉型參數(shù)化方法，將葉型的正沖角性能作為主攻方向，兼顧低損失工作范圍，針對某重型燃氣輪機中的三個典型級的靜葉葉

2、型進行優(yōu)化設(shè)計，得出新的葉型結(jié)果。優(yōu)化結(jié)果的變沖角工況范圍及失速裕度均優(yōu)于原始葉型。在優(yōu)化葉型的基礎(chǔ)上分析提高葉型失速裕度的設(shè)計方法。
　　本文中使用的葉型優(yōu)化平臺是由優(yōu)化軟件 iSIGHT集成哈工大自主開發(fā)的葉型參數(shù)化程序與MISES和CFX兩種計算程序及其后處理模塊實現(xiàn)。該平臺可自動實現(xiàn)從葉片生成、流場計算、結(jié)果處理等流程。
　　本文優(yōu)化的原始葉型來自某重型燃氣輪機壓氣機中的三個典型級：跨音級、中間級與后面級靜葉的50％

3、葉高處的葉型參數(shù)。分別對應(yīng)了三個典型的流體狀態(tài)，即：可壓縮狀態(tài)、不可壓縮狀態(tài)及介于二者之間的狀態(tài)。通過對其進行優(yōu)化設(shè)計，尋找出對應(yīng)不同狀態(tài)下葉型設(shè)計的方法。
　　葉片參數(shù)化程序的基本原理是基于 NURB曲線的36參數(shù)法，該方法相比于二次曲線，幾何意義更明確，參數(shù)也較少。而與單純貝塞爾曲線相比，控制點有序而且形式簡潔。即發(fā)揮了貝塞爾曲線通過控制點控制曲線形狀的優(yōu)勢，也克服了其在反問題中求得控制點的雜亂無章的問題。
　　優(yōu)化算法

4、選用多島遺傳算法，由 iSIGHT優(yōu)化軟件實現(xiàn)。針對流場求解器運算性能的不同，分別給予優(yōu)化參數(shù)，以達到最大程度的歷遍葉型方案。目標(biāo)函數(shù)的形式充分考慮衡量壓氣機葉型性能的主要指標(biāo)：總壓損失、工況范圍、失速裕度、壓比及折轉(zhuǎn)角。根據(jù)需求設(shè)置其相應(yīng)權(quán)重以突出優(yōu)化側(cè)重點。本文側(cè)重對正沖角性能的優(yōu)化，故將失速裕度的權(quán)重賦值較大。
　　計算過程采用麻省理工學(xué)院的Drela和Gile開發(fā)的MISES計算程序及商業(yè)軟件CFX完成。兩種流場求解器均可