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

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 519.853:533.697

Техническая механика, 2015, 3, 39 - 45

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ФОРМЫ КОМПРЕССОРНЫХ ВЕНЦОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

C. В. Мелашич

      В настоящей работе для выбранного режима течения построены поверхности отклика основных аэродинамических характеристик компрессорных решеток – угла поворота потока и коэффициента потерь полного давления. При этом параметрическое описание формы профилей решеток выполнено с использованием оригинального способа, основанного на применении кривых Безье и системы гладких выпуклых функций Хикса–Хенне. Расчет целевой функции выполняется путем моделирования течения на основе численного интегрирования системы осредненных уравнений Навье–Стокса, замкнутых с помощью одно- параметрической модели турбулентности Спаларта–Аллмараса. В результате показана сложность формы поверхности отклика основных аэродинамических характеристик компрессорных решеток, что затрудняет возможность поиска их экстремумов с помощью детерминированных методов нелинейного программирования. Выполнена аэродинамическая оптимизация решетки профилей с использованием детерминированного подхода – метода сопряженных градиентов и стохастического подхода – генетического алгоритма. Показано, что градиентный метод при различных начальных условиях сходится к различным экстремумам целевой функции, что существенно снижает преимущества его применения к решению задач аэродинамической оптимизации. При этом эффективность генетического алгоритма (в смысле количества расчетов целевой функции) оказывается выше эффективности градиентного метода с мультизапуском. Таким образом, на конкретном примере в работе обоснована целесообразность применения стохастических методов к решению задач аэродинамической оптимизации компрессорных решеток.

Компрессорная решетка, оптимизация формы, аэродинамические характеристики, геометрические параметры решетки, поверхность отклика, генетический алгоритм.

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

2. Gallimore S. J. Axial flow compressor design / S. J. Gallimore // Journal of Mechanical Engineering science. – 1999. – Vol. 213, Issue 5. – P. 437 – 449.

3. Calvert W. J. Transonic fan and Compressor design / W. J. Calvert, R. B. Ginder // Journal of Mechanical Engineering science. – 1999. – Vol. 213, Issue 5. – P. 419 – 436.

4. Design of industrial axial compressor blade sections for optimal range and performance / F. Sieverding, M. Meyer, B. Ribi, M. Casey // Journal of turbomachinery. – 2004. – Vol. 126, N 2. – P. 323 – 331.

5. Dickens T. The design of highly loaded axial compressors / T. Dickens, I. Day // ASME Journal of Turbo- machinery. – 2011. – Vol. 133, Issue 3. – P. 57 – 67.

6. Massardo A. Axial flow compressor design optimization Part I : Pitch line analysis and Multi variable objective function influence / A. Massardo, A. Satta // ASME Journal of Turbomachinery. – 1990. – Vol. 112. – P. 399 – 404.

7. Sang-Yun Lee Design optimization of axial flow compressor blades with three dimensional Navier-Stokes solver / Sang-Yun Lee, Kwang-Yong Kim // Journal of mechanical science and technology. – 2000. – Vol. 14, N 9. – P. 1005 – 1012.

8. Farshi B. Preliminary design optimization of axial compressors / B. Farshi, R. Taghavi-Zenouz, S. Mirshamsi // Iranian journal of Mechanical Engineering. – 2004. – Vol. 5, N 1. – P. 5 – 14.

9. Lingen Chen Optimum design of a subsonic axial flow compressor stage / Lingen Chen, Fengrui Sun, Chih Wu // Journal of Applied Energy. – 2005. – Vol. 80, Issue 2. – P. 187 – 195.

10. Hoda Maleki Design Optimization of Axial Flow Compressor Stage / Hoda Maleki // Atlas conference: Mathematical problems in Engineering and Aerospace. – Italy, June, 2008. – 3 p.

11. Lampart P. 3D Shape Optimisation Of Turbomachinery Blading / P. Lampart, S. Yershov // Task Quarterly. – 2002. – Vol. 6, N 1. – P. 113 – 125.

12. Bamberger K. Optimization Of Axial Fans With Highly Swept Blades With Respect To Losses And Noise Reduction / Konrad Bamberger, Thomas Carolus // FAN 2012. – Senlis (France), 18 – 20 April, 2012. – 12 p.

13. Бунимович А. И. Аэродинамические характеристики плоских компрессорных решеток при большой дозвуковой скорости / А. И. Бунимович, А. А. Святогоров // Лопаточ. машины и струйн. аппараты. – М. : Машиностроение, 1967. – Вып. 2. – 97 с.

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

15. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Химмельблау. – М. : Мир, 1975. – 536 с.

Copyright (©) 2017 C. В. Мелашич

Copyright © 2014-2018 Техническая механика