[发明专利]考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法

说明书

本公开涉及一种考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法和叶片，设计优化方法包括：利用叶型的设计参数和来流工况参数作为变量建立设计样本空间；在设计样本空间中选取多个设计样本点，每个设计样本点均包括设计参数和来流工况参数；根据各设计样本点的设计参数，结合叶型生成方法，生成各设计样本点对应的叶型；根据来流工况参数对叶型进行数值计算，以获得叶型在不同来流攻角下的损失系数；根据损失系数和来流工况参数，构建叶型的权重函数和目标函数；根据各叶型对应的设计参数和对应的目标函数值，建立近似代理模型，采用优化算法并进行寻优计算，以获得最优的叶型；来流工况参数包括叶片的来流攻角和马赫数。

技术领域

本公开涉及航空发动机制造技术领域，尤其涉及一种考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法和叶片。

背景技术

目前，在航空发动机技术领域中，传统的叶型设计方法常在固定的马赫数下进行，但在压气机运行过程中，常会工作在非设计工况下，从而导致来流马赫数的偏离，进而影响叶片的工作稳定性。

其次，传统的叶型设计方法中，需要通过计算给定来流马赫数下的多个固定来流攻角下的性能来对叶型进行寻优计算。从而，该优化方法能够通过优化固定来流攻角下的叶型性能来优化叶型，即以几个固定的来流攻角下的叶型性能定性的表示该叶型全攻角范围内的性能。也就因此，这种优化方法忽略了给定来流攻角以外的其它来流攻角下的叶型性能，从而导致优化精度的降低。

进一步的，传统优化设计方法通常需要对每个设计样本点进行多个工况下的数值仿真计算。这种优化设计方法所需的数值仿真计算次数等于设计样本点数乘以工况数，从而增加了优化设计过程的计算量。同时，在进行数值仿真计算时，常需要给定总压入口边界条件，这需要多次调整入口总压或出口静压，从而使入口来流马赫数达到计算所需要的来流马赫数，进而这一过程进一步的增加了优化设计过程的计算量。也就因此，传统的叶型设计优化方法的优化设计效率较低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开目的在于提供一种考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法和叶片，该考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法能够设计出“在设计与非设计工况”具有较高稳定性的叶型，并且该优化设计方法计算量较小，优化设计效率较高。

本公开一方面提供了考虑马赫数的压气机叶型多工况稳健性设计优化方法，包括：

利用所述叶型的设计参数和来流工况参数作为变量建立设计样本空间；

在所述设计样本空间中选取多个设计样本点，每个所述设计样本点均包括设计参数和来流工况参数；

根据各所述设计样本点的设计参数，结合叶型生成方法，生成各所述设计样本点对应的叶型；

根据所述来流工况参数对所述叶型进行数值计算，以获得所述叶型在不同来流攻角下的损失系数；

根据所述损失系数和所述来流工况参数，构建所述叶型的权重函数和目标函数；

根据各所述叶型对应的设计参数和对应的目标函数值，建立近似代理模型，采用优化算法并进行寻优计算，以获得最优的叶型；

其中，所述来流工况参数包括所述叶型的来流攻角和马赫数。

在本公开的一种示例性实施例中，所述利用所述叶型的设计参数和来流工况参数作为变量建立设计样本空间，包括：

选取所述叶型的设计参数和来流工况参数作为变量，并为所述设计参数和所述来流工况参数设定取值范围，以形成设计空间；

使用DOE试验设计方法在所述设计空间中对不同的所述设计参数和不同的所述来流工况参数进行处理，以形成多个设计样本点；