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航空发动机气动优化设计技术

作者:Simwe    来源:佳工机电网    发布时间:2012-07-17    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛


AutoBlade作为专业的叶片参数化造型工具,包含以下功能。

(1)轴流、离心压气机、涡轮及风扇等机械的参数化几何模板;

(2)多种端壁型线类型,如B 样条曲线、贝塞尔曲线、直线- 贝塞尔曲线- 直线组合线、直线- 样条曲线- 直线组合线、自定义线型等;

(3)多种流面构造类型,如分别针对轴流或径流的平面、圆柱面、圆锥面、轮毂与轮盖线性插值;

(4)叶片多种积叠规律,如前缘点、重心、最大厚度点、叶型喉口线的中点、尾缘点、中弧线或弦线任意位置的积叠;

(5)多种叶片子午位置定义的前尾缘曲线类型,如直线,可调整控制点数的贝塞尔曲线,可调整控制点数的B条曲线;

(6)多种叶轮周向位置定义的积叠线类型,如直线、Bezier曲线和直线的组合线、简单Bezier曲线、可调整控制点数的贝塞尔曲线、可调整控制点数的B样条曲线。

AutoBlade凭借专业的造型功能和流程为发动机研发设计人员提供了便捷的设计思路和设计途径。

设计完成的模型,AutoBlade还可对其进行几何特征分析,包括端壁型线角度变化、端壁型线曲率变化、厚度分布、中弧线角度变化、中弧线曲率变化、压力面与吸力面角度变化、压力面与吸力面曲率变化以及通道宽度变化等,为设计者对模型的分析和校核提供了便利条件。

气动优化设计应用

图3~4分别给出了NUMECA针对航空发动机核心部件的优化设计结果,优化过程集结了参数化造型、数值模拟分析及优化设计软件,得到了满足设计者要求的产品。

图3给出了对某压气机进行三维优化设计的对比图。主要针对叶片气动外形进行优化,以提高压气机的气动性能。图中给出了叶片优化前后气动性能和工作范围的变化,可以看出气动性能提高明显,压气机的工作范围也有明显拓宽。

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图4是对某涡轮进行优化设计后气动外形和性能的对比图。由图中可以看出,在保证满足给定的约束条件下,通过改变涡轮叶片的气动外形,使其气动性能有较大提高。
 

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对于图5给出的模型进行优化时分成两步,第一步不考虑强度因素,只进行气动优化。第二步进行气动强度耦合优化。图5显示了优化前后叶片的应力分布对比情况。从图中可以看出,方案一由于不考虑强度因素,堵塞流量、效率以及喘振裕度等气动性能虽都得到提升,但是叶片的上最大应力增大。方案二进行气动强度耦合优化,堵塞流量、效率以及喘振裕度等气动性能也都得到提升,虽然没有方案一的优化气动性能优秀,但是叶片的最大应力没有增大,满足强度要求。

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结束语

广泛应用在航空发动机研发过程的CFD技术,不仅极大地缩短了发动机的研发设计周期,降低了设计费用,而且可以为研发设计人员提供详实的流场数据信息,使得发动机气动性能有了进一步地改进,效率提高、工作范围变宽、流场分布更为合理。  

 
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