【摘要】：在壓氣機(jī)設(shè)計過程中存在反復(fù)修改數(shù)模和生成計算網(wǎng)格的帶來嚴(yán)重耗時的問題。憑借參數(shù)化表達(dá)數(shù)模的優(yōu)勢,嘗試結(jié)合計算機(jī)輔助設(shè)計制作一款可進(jìn)行軸流壓氣機(jī)的壓氣機(jī)葉片設(shè)計與優(yōu)化的軟件。本文主要內(nèi)容分為以下四方面:首先,根據(jù)相關(guān)背景知識可知一維設(shè)計與通流設(shè)計能夠得到了軸流壓氣機(jī)葉型與葉片的數(shù)據(jù)。故葉型先采用任意多項式方法得到中弧線,再使用直接參數(shù)化方法得到葉型數(shù)模;對葉片采用積疊線彎掠參數(shù)化方法得到葉片數(shù)模。其次,對壓氣機(jī)設(shè)計過程中的關(guān)鍵計算技術(shù)進(jìn)行研究,其中一維計算采用流量連續(xù)方程、能量方程、熱力學(xué)第一定律與廣義伯努利方程;通流計算采用曲率流線法。計算結(jié)果表明一級軸流壓氣機(jī)的總壓比與總效率為1.4848和83.35%。而對壓氣機(jī)進(jìn)行全三維計算時所需質(zhì)量較好計算網(wǎng)格通過定制的O型拓?fù)渲谱?既能夠保證計算網(wǎng)格的質(zhì)量又便于優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量。在網(wǎng)格計算時采用單通道計算可以較大的縮短網(wǎng)格生成時間和計算時間,并且計算精度與全環(huán)計算差距較小。然后,采用遺傳算法對一維設(shè)計采用總壓比和總效率為目標(biāo),以流量系數(shù)、進(jìn)口總壓系數(shù)、進(jìn)口導(dǎo)葉系數(shù)、載荷系數(shù)為設(shè)計參數(shù),設(shè)計參數(shù)分別取1.01、0.96、0.96、0.32時,總壓比和總效率提高最多;對通流設(shè)計選取環(huán)量分布、脫軌角、轉(zhuǎn)子葉片效率、前緣半徑和后緣半徑為設(shè)計參數(shù),設(shè)計參數(shù)分別選取2%,1%,0.96,10%,5%時,總壓比與總效率提高最多。最后,依托中國空氣動力研究與發(fā)展中心的現(xiàn)有技術(shù)儲備,利用編程語言C++實現(xiàn)了一維設(shè)計數(shù)據(jù)與通流設(shè)計輸入、通流設(shè)計數(shù)據(jù)與參數(shù)化數(shù)模生成、數(shù)模與網(wǎng)格生成等的接口函數(shù),從而完成了航空發(fā)動機(jī)設(shè)計/評估系統(tǒng)軟件平臺(AIFS)主要功能,即壓氣機(jī)葉片自動化設(shè)計與優(yōu)化。并對軟件生存的壓氣機(jī)葉片進(jìn)行數(shù)值計算,得到設(shè)計的葉片氣動性能良好和軟件具備良好的魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH45
【圖文】：

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 2 頁N-S 方程為基礎(chǔ)的壓氣機(jī)設(shè)計系統(tǒng)。此種方法與設(shè)計人員的工作經(jīng)驗的重要性變低，關(guān)鍵因素轉(zhuǎn)換為計算機(jī)的計算能力。顯然由于經(jīng)費(fèi)與時間限制，只能發(fā)展、引進(jìn)計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，依靠科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步來設(shè)計出更好的壓氣機(jī)。由于通過設(shè)計軟件的原理就是反復(fù)計算，然后從眾多組結(jié)果中選擇較好的組合方案，所以對實際試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷囊蕾囆暂^弱，這對于缺少經(jīng)驗的工作人員顯得十分重要。但這套軟件由于工作量較大，所以需要多個部門合作完成開發(fā)。

則需要進(jìn)行葉片優(yōu)化。這也是為何周正貴動葉片優(yōu)化設(shè)計的原因。采用葉型自動優(yōu)化動性能的葉片�；蛘哒�/反問題配合優(yōu)化算法設(shè)計的葉片在氣動性能上達(dá)到設(shè)計要求。周有相關(guān)的軟件作為支持，但是存在軟件非商設(shè)計人員的專業(yè)知識。如圖 1-2 所示為汪光文界面，采用遺傳算法進(jìn)行葉片優(yōu)化。機(jī)葉片優(yōu)化過程采用數(shù)值最優(yōu)化方法，可分火法、單純形法）和基于梯度的方法（如共其中遺傳算法具有全局尋優(yōu)能力，但是優(yōu)化過進(jìn)行流場數(shù)值計算，從而耗時較長�；谔�，但是對于局部極值的尋優(yōu)可能會產(chǎn)生局部力不如遺傳算法，但流場計算次數(shù)少于遺傳法和基于梯度方法之間。單純形法的核心思標(biāo)函數(shù)，然后比較各個頂點(diǎn)上的目標(biāo)函數(shù)值小值問題中就是目標(biāo)函數(shù)值最大的點(diǎn)），并的多邊形即構(gòu)成新的單純形，通過這種方法單純形的流程圖。

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本文編號：2719137