涡轮单级叶片设计优化

1、挑家就丈就*裘iBElHAMO U Mi V ER S i T涡轮单级叶片设计优化-ISIGHT用户会议北航廖馨2004.9.27B E IKAMO UMlVERSl T大纲课题说明单级叶片设计流程叶片设计优化方案叶片设计优化的特点单学科优化方法分析比较优化策略分析优化过程的并行化优化结果lj昴京就n恕嫌 ft It 饶 ItB E IttAMO U MIV E R s i T课题说明I:. 觀巒本课题以815发动机涡轮叶片为基础，研 究发动机的多学科设计优化方法。设计问题定义1积叠线参数S= B E I tt A N 0 UMlVERSl YS= B E I tt A N 0 UMlVERS

2、l Y取决于转子温度场分布气动性能应力分布4疔必谱竄妣低飙氐怒B E IftANO U MIV E R S I Y 出tit阳F_设计问题定义2:设计变量：涡轮一级叶片（包括定子叶片和 转子叶片）的几何型面数据转毂和机匣儿何参数；叶身气动外形参数；结构参数。约束;几何约束：包括总体设计对叶片尺寸上的限制， 叶片自身结构上的干涉限制；强度约束：最大应力限制；温懐约束：温懐场最大温度值或平均温度不能超 过麻料允许的疲限温度。目标：气动效率最大诂处处京航宦就无舄B E I It A N aJMlVERSlT设计问题流程丿 B E IHANO UNivEft Si T丿 B E IHANO UNivE

3、ft Si Ta叶片优化布局发动机涡轮叶片设计的特点设计变量都是实型变量；设计变量数量多；各个学科负载不均衡；设计空间非线性，不规则；仿真分析周期长。IN环处京航宦就无太d，BEIHANO UNivEft Si T针对叶片设计优化的单学科算法 比较一不适合选取的方法不适合分析时间很长的优化： HookeJeeves肓接搜索法(HookeJeeves Direct Search Method) 连续二次规划&(Sequential Quadratic Programming )、广义下 降法(Generalized Reduced Gradient - LSGRG2)；不适合高度非线性问题： 逐

4、次逼近法(Successive Approximation Method )、连续线性规 划(Sequential Linear Programming)；混合整型优化(Mixed Integer Optimization - MOST )在设计变量都 是实数型时，等同于连续二次规划法；有指导启发式搜索方法(Directed Heuristic Search-DHS )是专家 系统技术，不适合；模拟退火算法(Adaptive Simulated Annealing )的优化过程比较4$0洗京就恕BElttANO UHlVERSiT针对叶片设计优化的单学科算法: 比较一适于选取的方法详可选的方法

5、： 多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm)能够遍 寻整个设计空间，跳出局部最优；如眷初岁方案不满足约束的情况下，可以选用夕卜罚函数法(Exterior Penalty); 用修正可彳丁方向法(Modified Method of Feasible Directions )做局部优化(从可行区域内开始)。4疔必谱竄妣低飙氐怒B E IftANO U MIV E R S I Y 出tit阳F_采用的优化策略运臼引入实验设计方法；”勘探设计空间；甄选出重要影响变量；为响应面构造做数据准备。引入响应面逼近方法，减少优化成本；拟合一阶模型，进行初始优化；拟合高阶模型

6、，进行较为精确的优化。利用已有的结果数据库。优化设计的并行化 ISIGHT的并行化分布式处理设计过程中的 可并行部分。利用实验设计和遗传算法的可并行特性。 Numeca的并行化利用多CPU执行Numeca的多块网格计算任务，减 少计算时间。PC诂处处京航宦就无舄B E I It A N 0 J NIV ER S I T叶片初步设计优化集成IN环处京航宦就无太丿 B E IHANO UNivEft Si TISIGHT中的实现界面Task ProcessTaskl0paraiieiOEJstatorTaskE)fbiadegeomO (3 HladePar.txt 4i8ladeGeom.exe

7、afstatorMesh 4itatorMeshGe nF 页srotatorT askaDiadegeoml0fefl3dePar2 txt 4-8ladeGeom2 exe 国尙 blade 1_S ectio nOutput afrotatorMesh 4-1 rotatorMe shGen.bat HflJstageMesh -i-inrstStageMeshGen .bat SsfcMCacuiate nrstStageCacuiate.bat testfi 15_compuQtion_l rnT SsJgetTemp 4-igetTemperature bat QaJtempCac

8、ui 4tempCaculate exe国 T empOutput.datoparaiielO田咸stageMesh田sscfdCac ulatefjgetTempltempCacul2JIIifa实验设计结果一Pareto图丿 B E IHANO UNivEft Si T导向器叶片设计Pareto 图 一级叶片设计ParetoPrpto Plot few pfflal却4 sTiElai -i Ffcrigifl -|2. (Tielal -J1 2 prwhd -% Total Effect an ern优化过程监控IN环处京航宦就无太d，BEIHANO UNivEft Si T1122-50100RunCou nt引temp Ave vs Run Counter|D| xl1128-1126 -1124 -| O temp A50100RunCounter1122-B E IHANO drtivEft Si T优化结果优化前