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, 2017, 4, 18 - 25

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ЛОПАТОК НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА СВЕРХЗВУКОВОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ

Ю. А. Кваша, Н. А. Зиневич

Ю. А. Кваша
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Н. А. Зиневич
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      Работа посвящена развитию подходов к аэродинамическому совершенствованию лопаточных венцов турбомашин. Цель работы – проверка работоспособности методики аэродинамической оптимизации формы лопаток рабочих колес компрессоров, предложенной ранее авторами, применительно к оптимизации направляющих аппаратов сверхзвуковых компрессорных ступеней. В качестве основного метода применяется численное моделирование пространственного турбулентного течения в лопаточных венцах на основе полных осредненных уравнений Навье–Стокса и двухпараметрической модели турбулентности. Особенностями используемого подхода к оптимизации являются: варьирование пространственной формы лопатки с использованием небольшого числа параметров без предварительной аппроксимации ее исходной формы; поиск оптимальной формы лопатки компрессорного венца путем систематического просмотра многомерной области независимых переменных в точках, образующих равномерно распределенную последовательность. В результате проведенного исследования определены два варианта пространственной формы лопатки исследуемого направляющего аппарата, обеспечивающие существенное уменьшение величины коэффициента потерь в аппарате по сравнению с прототипом. В целом продемонстрировано, что на основе рационального выбора параметров, применяемых для варьирования пространственной формы лопатки направляющего аппарата, может быть значительно повышена эффективность его функционирования в рабочем диапазоне изменения расхода воздуха через аппарат. Полученные в работе результаты могут быть использованы при аэродинамической оптимизации формы лопаток многовенцовых компрессоров.

Аэродинамическая оптимизация, направляющий аппарат компрессорной ступени, численное моделирование, пространственная форма лопатки, коэффициент потерь.

1. Chan-Sol Ahn, Kwang-Yong Kim. Aerodynamic design optimization of an axial flow compressor rotor. Proc. of ASME TURBO EXPO 2002. (Amsterdam, June 3–6, 2002). Amsterdam (The Netherlands), 2002. 7 p.

2. Sivashanmugam V. K., Arabnia M., Ghaly W. Aero-structural optimization of an axial turbine stage in three- dimensional flow Proc. of ASME TURBO EXPO 2010. (Glasgow, June 14–18, 2010). Glasgow (UK), 2010. 14 p.

3. Ashihara K., Goto A. Turbomachinery blade design using 3-D inverse design method, CFD and optimization algorithm. Proc. of ASME TURBO EXPO 2001. (New Orleans, June 4–7, 2001). New Orleans, Louisiana (USA), 2001. 9 p.

4. Ершов С. В., Яковлев В. А. Аэродинамическая оптимизация пространственной формы лопаток паровых и газовых турбин. Авиационно-космическая техника и технология. 2008. № 7. С. 66–70.

5. Меняйлов А. В., Трончук А. А., Угрюмова Е. М. Применение эволюционных методов для решения задач оптимизации компрессоров газотурбинных двигателей. Авиационно-космическая техника и технология. 2008. № 5. С. 59–65.

6. Jinguang Yang, Xiuquan Huang, Hu Wu. Multi-row inverse method based on the adjoint optimization. Proc. of ASME TURBO EXPO 2011. (Vancouver, June 6–10, 2011). Vancouver, British Columbia (Canada), 2011. 11 p.

7. Xiang X., Zhao X. L. Optimum initial design of centrifugal compressor stage with genetic algorithm. Proc. of XV Int. Symp. on Air Breathing Engines. (Bangalore, September 3–7, 2001). Bangalore (India), 2001. 6 p.

8. Oksuz O., Akmandor I. S. Turbine cascade optimization using an Euler coupled genetic algorithm. Proc. of XV Int. Symp. on Air Breathing Engines. (Bangalore, September 3–7, 2001). Bangalore (India), 2001. 9 p.

9. Rongye Zheng, Jianhua Xiang, Jinju Sun. Blade geometry optimization for axial flow compressor. Proc. of ASME TURBO EXPO 2010. (Glasgow, June 14–18, 2010). Glasgow (UK), 2010. 12 p.

10. Xu C. Amano R. S. A turbine airfoil aerodynamic design process. Proc. of ASME TURBO EXPO 2001. (New Orleans, June 4–7, 2001). New Orleans, Louisiana (USA), 2001. 10 p.

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

12. Кваша Ю. А., Зиневич Н. А. К аэродинамической оптимизации рабочих колес сверхзвуковых компрессорных ступеней. Техническая механика. 2016. № 2. С. 55–63.

13. Кваша Ю. А., Зиневич Н. А. Аэродинамическая оптимизация пространственной формы лопатки рабочего колеса сверхзвуковой компрессорной ступени. Техническая механика. 2016. № 3. С. 35–42.

14. Design and Overall Performance of Four Highly Loaded, High-Speed Inlet Stages for an Advanced High- Pressure-Ratio Core Compressor : NASA Technical Paper 1337, 1978. 132 p.

15. Кваша Ю. А. Расчет пространственного турбулентного потока в межлопаточных каналах сверхзвуковых компрессорных ступеней. Техническая механика. 1999. № 1. С. 9–13.

16. Рублевский Е. Ю., Плакущий Д. А., Письменный В. И., Кваша Ю. А. Численное исследование двухступенчатого вентилятора. Вестник двигателестроения. 2013. № 2. С. 169–176.

17. Кваша Ю. А., Дячкин А. А. Расчет аэродинамических характеристик компрессорных решеток. Техническая механика. 2001. №1. С. 58–63.

18. Бойко А. В., Говорущенко Ю. Н., Бурлака М. В. Применение вычислительной аэродинамики к оптимизации лопаток турбомашин. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2012. 191 с.

19. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 110 с.

20. Кваша Ю. А., Зиневич Н. А. К выбору расчетных сеток при численном моделировании пространственных турбулентных течений в рабочих колесах сверхзвуковых компрессорных ступеней. Техническая механика. 2013. № 3. С. 34–41.

Copyright (©) 2017 Ю. А. Кваша, Н. А. Зиневич

Copyright © 2014-2018 Техническая механика