基于参数法和贝塞尔曲线的涡轮叶片造型及其优化.pdf

机械设计与制造第8期
-16-MachineryDesign&Manufacture2007年8月

文章编号:1001-3997(2007)08-0016-03
基于参数法和贝塞尔曲线的涡轮叶片造型及其优化

尚仁操乔渭阳(西北工业大学动力与能源学院,西安710072)
Turbinebladedesignandoptimizationbasedonthecombinationmeansof
parametric-Beziercurve
SHANGRen-cao,QIAOWei-yang
(SchoolofPowerandEnergy,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)
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【摘要】为实现涡轮叶片的优化设计,采用参数造型法和贝塞尔曲线进行叶片初步造型,结合
N-S方程流场模拟,并利用多目标遗传算法和序列二次算法组合优化算法,通过调节吸力面和压力面
的关键控制点参数对其压力损失和转折角进行优化。结果表明该方案切实可行。
关键词:涡轮叶片;优化设计;贝塞尔曲线;多目标遗传算法;序列二次算法
【Abstract】Foraerodynamicoptimalofturbineblade,initialbladewasgeneratedbyusingparametric
methodandBeziercurve.TheNavier-Stokesequationwasusedfortheviscousflowcalculations.The
GeneticAlgorithm(NSGA-II)andtheNLPQLalgorithmwereusedforexploration.Bymodifyingthekey
parametersofthesuctionandpressure,thepressurelossandtheturninganglewereoptimized.Theresults
demonstratedthismethodwaseffective.

Keywords:Turbineblade;Optimumdesign;Beziercurve;NSGA-II;NLPQL
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中图分类号:TH12文献标识码:A
1引言近年来国内外流行的优化设计方法提供了新的叶片设计思
路。优化设计是将叶片的几何形状表达成设计参数,性能表达成
传统的涡轮叶片设计有两种方法,正设计(directdesign)和
随设计参数而变化的目标函数。设计过程就是根据设计目标函
反设计(inversedesign)。正设计的思路是通过不断改变几何造型
数,选择设计参数使性能最佳,该设计过程是一个自动化过程。
反复计算来获得理想的性能。但是这种方法烦琐,设计者必须有
目前国外已经有很多大学及研究机构对此做出了深入的研究[1~5],
丰富的经验。反设计是通过叶片压力或者速度分布来生成叶型,
而国内在航空燃气涡轮方面的优化设计刚刚起步。
这种方法不适合存在激波、粘性、旋涡运动等复杂的流场情况。
借助优化设计方法,发展了基于参数法造型与贝塞尔(Bezi-
*来稿日期:2006-11-14

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4.4消声器改进方案的仿真、试验结果原车上安装试验,图6(略)就是在距消声器排气口45°角,0.5m
经过计算,得出消声性能的数值计算结果。BEM计算的原处测得的噪声频谱图,实际测量总声压级为94.35dB(A),比原消
结构传递损失与改进消声器的传递损失比较(见图5)。声器降低了5.17dB(A),达到了我们的预期要求。
5结论
采用SYSNOISE作为消声器性能仿真的工具。经由仿真与
试验结果比较,证明仿真结果可以作为我们改进设计的依据。在
消声器的性能仿真基础上,我们通过对比可以找到消声器更有
效的改进方案,从而降低排气噪声在整车车外加速噪声中的贡
献。
参考文献
1黎志勤,黎苏编著.汽车排气系统噪声与消声器设计.北京:中国环境科
学出版社,1991.
2周新祥编著.噪声控制及应用实例.北京:海洋出版社,1999.
3方丹群,等编著.噪声控制,北京:北京出版社,1986.
图5原结构与改进方案仿真结果比较4李增钢编著.SYSNOISERev5.6详解,北京:国防工业出版社,2005.