[发明专利]基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法

权利要求书

1.基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定静叶叶型优化所需的设计变量，对设计变量进行数据降维，并给定设计变量的限定条件，满足叶型曲线的基本要求，实现进一步降维，最终形成静叶的一维设计变量矩阵x_s＝(x₁,x₂,...,x_s)；具体实现方法如下：

101)针对静叶的降维只需任意选取一叶型截面，此时轴向坐标Z不变，选取前缘段、叶身段和尾缘段，每段均有个参数点，在各段中针对个参数点均匀布置切向坐标Y，并以径向坐标X作为设计变量，点与点之间采用B样条曲线连接，即将静叶叶型降维为一维设计变量矩阵x_s＝(x₁,x₂,...,x_s)；

102)在一维设计变量矩阵x_s中，静叶片压力面上的点在区间内，吸力面上的点在区间内，分别满足凸函数特征，进一步降维，即：

压力面：

吸力面：

2)确定动叶子午面及叶型优化所需的设计变量，给定设计变量的限定条件，实现降维，形成动叶的一维设计变量矩阵x_r＝(x₁,x₂,...,x_r)，最终随机生成N组设计变量x_N，其矩阵维度为N行(s+r)列，其中x_N的第i行x_N(i)＝[x_s,x_r]，i为任意正整数；具体实现方法如下：

201)针对动叶子午面的轮盖和轮毂线，此时切向坐标Y不变，假设轮盖线和轮毂线均有个参数点，按照叶轮的轴向长度均匀布置个参数点的轴向坐标Z，并以径向坐标X作为设计变量，各点之间采用B样条曲线连接，得到一维设计变量矩阵和

202)针对动叶型线，首先分别拟合动叶子午面上轮盖和轮毂线的方程f(x_shroud,z_shroud)＝0及f(x_hub,z_hub)＝0，然后将轮盖和轮毂线旋转得到曲面方程以及最后，将轮盖面和轮毂面动叶型线的个参数点的切向坐标Y均匀布置，并以径向坐标X作为设计变量，得到一维设计变量矩阵代入曲面方程中得到各参数点轴向坐标Z，用于动叶的三维造型；

203)组合动叶子午面及动叶型线的一维设计变量矩阵，即x_r＝x_shroud+x_hub+x_profile；至此，经过降维，可将静叶与动叶的设计变量完全描述为一维矩阵x_N(i)＝[x_s,x_r]；

3)以x_N作为初始化种群，以等熵效率η_is作为优化变量，采用单目标遗传算法对静叶和动叶型线进行优化，其中对随机生成的设计变量矩阵x_N采用多二维流面的计算方法；

4)经过初始种群x_N的多代交叉变异，遗传算法的优化收敛，此时筛选等熵效率η_is最高的5％个体，进行三维流体动力学的气动分析，得到更加准确的等熵效率数值，从而获取设计变量的最佳值x_N(opt)及其对应的优化变量η_is(opt)。

2.根据权利要求1所述的基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法，其特征在于，前缘段占10％弦长，叶身段占80％弦长，尾缘段占10％弦长。

3.根据权利要求1所述的基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法如下：

采用单目标遗传算法对静叶和动叶型线进行优化，其中对随机生成的设计变量矩阵x_N采用多二维流面的计算方法；针对某一设计变量x_N(i)，分别计算透平20％叶高截面、40％叶高截面、60％叶高截面、80％叶高截面的二维流动，得到各截面的等熵效率η_is均值，作为设计变量在这一个体x_N(i)的返回值，其中等熵效率η_is定义为：

其中T_z为叶轮对Z轴的转矩，R为叶轮转速，为透平进口流量，为透平出口流量，Δh_is为等熵焓降。