ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 533.697:621.51

Техническая механика, 2015, 1, 65 - 72

РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ГАЗОДИНАМИКИ ПЛОСКИХ КОМПРЕССОРНЫХ РЕШЕТОК НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ

С. В. Мелашич

      В настоящей работе представлена методика решения обратных задач газодинамики плоских компрессорных решеток на основе численного моделирования турбулентных течений. Данная методика основана на применении метода поиска квазирешений к решению обратной задачи. В этом случае решение обратной задачи сводится к решению задачи поиска глобального экстремума некоторой целевой функции. Параметрическое описание формы профилей решеток выполнено с использованием оригинального способа, основанного на применении кривых Безье и системы гладких выпуклых функций Хикса–Хенне. Применение данного способа позволяет варьировать геометрические параметры решетки в широком диапазоне с использованием сравнительно малого числа варьируемых параметров и сохранением физически реализуемого контура профиля. Расчет целевой функции выполняется путем моделирования течения на основе численного интегрирования системы осредненных уравнений Навье–Стокса, замкнутых с помощью однопараметрической модели турбулентности Спаларта–Аллмараса. Для поиска экстремума целевой функции применяется гибридный генетический алгоритм. Разработанная методика позволяет определять геометрические параметры по заданному распределению давления по обводу искомого профиля, а также по заданным интегральным аэродинамическим характеристикам решетки. Она также может быть использована для решения задач аэродинамической оптимизации компрессорных решеток. Кроме того, данная методика может быть легко адаптирована к решению аналогичных задач в трехмерной постановке.

Компрессорная решетка, обратная задача газодинамики, аэродинамические характеристики, геометрические параметры решетки, распределение давления, уравнения Навье–Стокса, генетический алгоритм.

1. Иноземцев А. А. Газотурбинные двигатели / А. А. Иноземцев, В. Л. Сандрацкий. – Пермь : ОАО «Авиадвигатель», 2006. – 1202 с.

2. Елизаров А. М. Обратные краевые задачи аэродинамики. Теория и методы проектирования и оптимиза- ции формы крыловых профилей / А. М. Елизаров, Н. Б. Ильинский, А. В. Поташев. – Магадан, 2006. – 436 с.

3. Аульченко С. М. Оптимизация решеток профилей вариационно-градиентным методом / С. М. Аульченко // Теплофизика и аэромеханика. – 2005. – Том 12, № 3. – С. 357 – 363.

4. Sanz J. M. Lewis Inverse Design Code (LINDES) / J. M. Sanz // Nasa Technical Paper. – 1987. – N 2676. – 67 p.

5. Tiow W. T. Application of a three-dimensional viscous transonic inverse method to NASA rotor 67 / W. T. Tiow, M. Zangenesh // Proc. Instn. Mech. Engrs : J. Power and Energy. – 2002. – Vol. 216. – P. 243 – 255.

6. Тихонов А. Н. Методы решения некорректных задач / А. Н. Тихонов, В. Я. Арсенин. – М. : Наука, 1979. – 285 с.

7. Мелашич С. В. Способ параметрического описания профилей компрессорных решеток / С. В. Мелашич // Техническая механика. – 2012. – № 2. – С. 77 – 82.

8. Piegl L. The NURBS Book / L. Piegl, W. Tiller. – Berlin : Springer, 1996. – 327 p.

9. Hicks R. Wing Design by Numerical Optimization / R. Hicks, P. Henne // Journal of Aircraft. – 1978. – Vol. 15, N. 7. – P. 407 – 413.

10. Tannehill J. C. Computational fluid dynamics and heat transfer (Second edition) / J. C. Tannehill, D. A. Anderson, R. H. Pletcher. – New York : Taylor & Francis, 1997. – 785 p.

11. Spalart P. R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flow / P. R. Spalart, S. R. Allmaras // AIAA Paper. – 1992. – Vol. 12, No 1. – P. 439 – 478.

12. URL: http://www.openfoam.com/

13. Poli R. A Field Guide to Genetic Programming [Електронный ресурс] / R. Poli, W. B. Langdon, N. F. McPhee. – Published via http://lulu.com, 2008. – 250 p. – Режим доступа к книге: http://www.lulu.com/items/volume_63/2167000/2167025/2/print/book.pdf

14. Nelder J. A. A Simplex Method for Function Minimization / J. A. Nelder, R. Mead // The Computer Journal. – 1965. – Vol. 7, N 4. – P. 308 – 313.

15. Prasad B. V. S. S. S. CFD for Turbomachinery / B. V. S. S. S. Prasad, Y. V. S. S. Sanyasiraju // E-Learning courses from the IITs & IISc. – Режим доступа: http://nptel.ac.in/courses/112106061/1

16. Мелашич С. В. Проектирование направляющего аппарата последней ступени осевого компрессора на основе решения обратной и прямой задачи газодинамики / С. В. Мелашич, Ю. Г. Калинкина, В. И. Письменный // Авиационно-космическая техника и технология. – 2009. – № 7 (64). – С. 56 – 60.

Copyright (©) 2015 С. В. Мелашич

Copyright © 2014-2018 Техническая механика