压气机叶片扭曲规律的多目标三维气动优化

为了提高轴流压气机的等熵效率和总压比,采用基于人工神经网络及遗传算法的叶轮机械叶片三维优化设计方法,开发了一种高性能的动叶片。优化目标是在流量不减小的情况下,尽可能的提高转子叶片的总压比和等熵效率。优化仿真结果显示,优化后所获得的扭曲叶片可以有效地改善叶根处的流动分离,流动分离区明显后移,损失显著降低,在整个工作范围,等熵效率提高了1.27%-7.08%,流量和总压比也都得到了大幅度的提高。结果表明,对亚音叶片进行扭曲规律优化效果很明显,优化方法是获得高性能转子叶片的有效途径。     

高负荷跨音速轴流压气机的叶型优化设计

研究轴流压气机优化设计问题,在高负荷跨音速轴流压气机相应的叶型优化设计工作中,针对压气机等熵效率过低,由于转子叶顶通道出现流动分离,导致损失过大。为提高等熵效率,结合人工神经网络与遗传算法对压气机转子的吸力面50%叶展以上叶型进行调整。优化后的新叶型可以有效地改善叶顶流动结构,抑制分离,在总压比基本不变的情况下使压气机峰值效率提升约1.7试验证明,叶型优化设计有显著效果,同时也指出了单一优化方案的局限性。     

基于NSGA-Ⅲ的跨声速转子弯掠组合MOO设计北大核心

为提高跨声速压气机转子的气动性能,建立快速有效的轴流压气机优化方案。研究应用贝塞尔曲线(Bezier curve)控制叶片积叠线,利用ANSYS CFX软件建立样本库。基于BP神经网络建立样本库中设计变量(积叠线控制参数)和目标变量(压气机性能参数)之间关系的近似模型。以压气机峰值效率点的绝热效率、压比、流量为优化目标,通过NSGA-Ⅲ多目标遗传算法寻找近似模型的Pareto前沿最优解,最终得到最优的设计变量组合。利用上述方法对跨音速转子Rotor67进行弯掠组合优化设计,研究结果表明:BP神经网络的拟合效果良好,经过优化后的转子的峰值效率点绝热效率、压比、流量分别提高了0.646%、0.873%、0.513%;其堵塞点流量提高了1.0065%,全工况范围内的气动性能均有提升,其稳定工作范围也得到一定程度拓宽,转子内部流动明显改善。     

跨音级轴流压气机转子轮毂非轴对称造型研究

关于优化提高压气机效能问题,由于压气机通道的二次流流动会造成流动损失,引起效率下降.为了解决上述问题,通过改变轮毂端壁结构,可以控制二次流流动,以提高压气机效率.采用人工神经网络及遗传算法的叶轮机械三维优化建模方法,使在最高效率工况下可以保持流量不变,压比不低于优化前.对压气机转子轮毂结构进行了优化,得到新型非轴对称端壁结构,并进行仿真.结果表明,降低了转子通道内的相对总压损失,抑制了下游静叶角区分离,可使压气机提高效率,并能有效控制端壁附近的流动损失,提高压气机效率.     

跨音速轴流压气机叶片造型及数值仿真

针对跨音速轴流压气机的多圆弧叶片.提出了一种基于锥面展开面的叶片造型方法.设计了某型压气机第一级转子,通过三维粘性流计算软件NUMECA对此孤立转子进行了性能仿真,仿真结果与实验结果符合较好;分析了叶型厚度分布对转子性能的影响:采用标准厚度分布对叶片重新生成,并与多圆弧叶片进行了对比,结果表明用标准厚度生成的叶片更薄一些,性能也更佳;同时当叶型最大厚度的位置后移时,转子的稳定工作范围变宽,效率略有降低.     

带有弯曲静子的压气机数值仿真

针对某两级低速轴流压气机第一级静子通道小流量范围内存在轮毂-角区失速现象,为了提高压气机的效率,采用计算流体力学方法,对第一级静子进行了不同的弯曲变化数值仿真,分析研究了静子弯曲对压气机性能和轮毂-角区失速的影响。结果表明,弯曲叶片能够通过改变静子轮毂表面静压分布,减缓低能流体的横向流动,从而有效地抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,压气机的压比和效率得到较大的提升。     

高超声速进气道设计方法研究

针对超燃冲压发动机二维混压式前体/进气道采用斜激波压缩方法设计总压损失较大的问题,采用等熵压缩的方法对进气道下壁进行了流线化改进设计.利用计算流体力学软件Fluent,采用耦合隐式求解器,标准κ-ω湍流模型,对进气道流场进行数值模拟,分析比较了采用斜激波压缩方法和等熵压缩方法设计的两种进气道的设计点性能和非设计点性能.研究了燃烧室压力升高对进气道/隔离段流场和起动性能的影响.研究表明,与斜激波压缩进气道相比,采用等熵压缩方法设计的曲线上壁进气遭总压恢复系数、流量系数得到明显提高,但其冲压比与前者相比有所降低;进气道进入不起动后,其捕获流量和总压恢复系数急剧下降.     

轴流压气机叶片优化仿真系统的开发

为了进一步提高压气机性能,需要对现有压气机叶片进行快速改型设计.为满足叶片快速改型设计的需要,着重论述了系统仿真原理、系统功能和实现方法,综合运用叶片造型、流场数值仿真和神经网络优化技术,采用面向对象、模块化等软件开发方法,设计并开发了一套叶片优化仿真软件系统,使其具备叶片造型设计、性能仿真和优化等功能,并给出了某叶栅叶片的优化改型实例.仿真结果表明,能改善压气机的气动性能、提高设计效率,较好地满足了压气机叶片优化仿真需求,具有良好的工程应用前景.     

叶片气动优化仿真数据的数据挖掘应用研究

叶片气动优化设计过程中产生的海量过程仿真数据中隐含着丰富的领域设计知识,为了获取其中隐含的设计知识,将基于粗糙集的决策树数据挖掘方法应用到叶片气动过程仿真数据的知识挖掘中。以跨音速压气机转子叶片NASA Rotor37气动优化设计为例,利用K-Means聚类分析对仿真数据进行离散化处理,采用粗糙集属性重要性算法进行属性约简,采用决策树算法构建叶片优化设计知识决策树,挖掘出叶片优化设计变量弯扭、周向积迭线的控制点偏移量与目标函数总压损失系数之间隐含的设计规则。结果表明,基于粗糙集的决策树的数据挖掘技术为叶片气动优化设计领域知识获取提供了一条有效的新途径。     

跨声压气机转子进口总压畸变的数值仿真

研究燃气涡发动机问题,进气畸变会严重影响压气机的稳定性,针对目前对进气畸变问题研究的不足,为提高工作稳定性,利用全三维定常数值仿真方法研究了一跨声压气机转子在不同类型的稳态总压畸变入口条件下的特性,并对比分析了三种典型转速工况下稳态周向总压进气畸变对压气机转子的影响并进行仿真.仿真结果表明,在设计转速,相同进气畸变强度下,径向叶尖畸变时转子的性能和稳定性的降低最大,而径向轮毂畸变时转子的稳定裕度有所提高,证明系统的性能得到改善.     

槽深对跨音速压气机稳定性影响的数值仿真

为了研究不同槽深下的周向槽对压气机稳定性的影响,由于带槽结构下的转子37失速类型仍是叶尖失速,但是带周向槽结构的主要失速因素是叶尖间隙的泄漏涡,且不同轴向位置的周向槽所造成的损失也是不同的。为解决上述问题,利用NUMECA软件和系统的数值模型对某跨音速压气机进行了数值仿真,对三类带周向槽结构的计算结果进行了分析,结果表明,设计中讨论最佳槽深应先给定效率损失要求,并且应以研究最佳槽位置的选择为主。对压气机周向槽处理机匣的设计,不一定要设计涉及整个叶片的处理机匣。对于跨音速压气机在叶尖泄漏涡严重的位置优化设计,可提高压气机稳定性能。     

某单级压气机试验件叶顶碰摩特性研究

对某型压气机单级试验件气动性能试验中轴系振动特性进行了监测与分析,结果表明,背压变化会导致动叶叶顶与机匣发生碰摩现象,引发轴系低频高幅冲击振动,并给出了引发该型压气机叶顶碰摩的主要因素,以及避免碰摩引起高幅振动的主要改进措施,为轴流压气机级气动特性试验的安全运行提供参考.     

压气机叶片流固耦合共振判断和谐响应分析

针对气流扰动引起的压气机叶片振动问题,以整体式轴流压气机叶片为研究对象,借助ANSYS Workbench软件的BladeGen模块对叶片及其流场进行三维建模,然后进行流固耦合分析。求解叶片的压力、应变和前6阶模态振型,绘制坎贝尔图并对叶片进行谐响应分析,结果发现该叶片不会发生共振破坏,但是叶尖尾缘变形和振动较明显,而叶片前缘变形和振动很小。在气体流量不变的情况下,对叶片前缘和尾缘采用变半径设计,可有效提高固有频率、削弱振动。     

高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征.结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖问隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降.     

Exploration of combined adjustment laws about IGV,stator and rotational speed in off-design conditions in an axial compressor

Experimental investigations are performed in a three-stage low-speed axial compressor with variable inlet guide vanes(IGV) and adjustable stators.The characteristics of the compressor,especially the efficiency and stall margin,are analyzed in design and off-design operation conditions by adjusting stagger angles of IGV and stators as well as changing the rotational speed.The experimental results show that the off-design performance of the multistage axial compressor is improved by restaggering of IGV and st...     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

某型发动机改型压气机盘结构强度分析与优化

首先对某型发动机改型压气机盘的初始设计进行了强度分析;由于不能满足强度要求,对其进行了结构优化设计,并对优化后的轮盘进行了应力计算,并考虑叶片的影响,建立了叶盘结构有限元模型进行了强度计算,计算结果表明该轮盘均可以满足强度要求,从而为某型发动机的改进设计提供了重要参考依据。