[发明专利]一种轴流风扇多点气动优化设计方法

说明书

本发明提供了一种轴流风扇多点气动优化设计方法，涉及轴流风扇技术领域。本发明通过参数空间到样本空间的映射获得样本空间所有样本元素，针对样本空间的同一个样本元素，分别按照原型风扇的峰值效率点边界条件和近失速点边界条件进行该样本元素的流场求解以获得峰值效率点和近失速点的绝热效率，在获得所有样本元素优化点的绝热效率后，构建绝热效率组合模型以便于后续开展寻优工作以获得最优的轴流风扇设计方案。本发明优化后方案不仅峰值效率点和近失速点两个优化点气动性能明显提升，非优化点气动性能也得到明显改善，失速流量较原型方案明显减小，堵塞流量明显增加，即在全工况条件下，风扇转子气动性能得到提升，稳定工作范围得到有效拓展。

技术领域

本发明涉及轴流风扇技术领域，特别涉及一种轴流风扇多点气动优化设计方法。

背景技术

航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，标志着一个国家航空工业发展的综合技术水平。风扇/压气机作为航空发动机的核心气动部件之一，其气动性能常常决定着航空发动机整体的工作性能。现代航空发动机高推重比、高效率、低油耗的应用需求，使得风扇/压气机不断朝着高的级气动负荷水平、高通流以及结构紧凑等特征发展，并且需要在全工况工作条件下维持良好的效率水平与较宽广的稳定工作范围，以满足航空发动机全工况稳定运行的应用需求。

在风扇/压气机气动优化设计中，单点优化设计方法通常仅能考虑优化点工况下风扇/压气机气动性能变化，无法有效地兼顾非优化点气动性能的改变，即难以综合考虑风扇/压气机气动设计方案的变工况性能，无法有效拓展气动设计方案稳定工作范围。因此，单点优化设计方法在实际工程应用方面具有一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种轴流风扇多点气动优化设计方法，针对单点优化设计方法进行改进，同时完成多个优化点的气动优化设计工作。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种轴流风扇多点气动优化设计方法，包括：

获取原型方案中叶片通道的三维几何数据，并进行参数化处理；

基于原型方案中叶片通道的转子叶片，选取控制点和中弧线，并建立控制点坐标和中弧线曲线坐标之间的关系；

在满足设计约束的条件下，选取峰值效率点和近失速点两个不同的工况点作为优化点；

设定优化约束条件，基于峰值效率点的绝热效率和近失速点的绝热效率，构建绝热效率的组合模型，以该组合模型作为目标函数进行优化；

设定控制点坐标的变化范围，将控制点的坐标信息作为优化变量，构建关于控制点的参数空间；

通过所述参数空间到样本空间的映射获得样本空间的所有样本元素，并获取每个样本元素对应的目标函数值，即获取每个样本元素在所述优化点处的绝热效率；

进行目标函数全局寻优，以获得优化的目标函数值，以及优化的目标函数值对应的控制点参数信息；

根据所述优化的目标函数值相应的控制点参数信息获取中弧线曲线的坐标信息，进而根据所述中弧线曲线重构轴流风扇的气动优化设计方案，即优化后的轴流风扇设计方案。

可选地，所述控制点坐标和所述中弧线曲线坐标之间的关系采用四次样条函数进行关联：

其中，P_i+r为控制截面第i段曲线S_i的控制点坐标，S_i(t_u)为控制截面第i段曲线S_i的坐标，B_r(t_u)为样条基函数，t_u为参数t在u∈[0,1]位置处的值，v(u)为叶型中弧线曲线坐标。