ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 533.697:621.51

Технічна механіка, 2017, 4, 18 - 25

АЕРОДИНАМІЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ ФОРМИ ЛОПАТОК НАПРАВЛЯЮЧОГО АПАРАТУ НАДЗВУКОВОГО КОМПРЕСОРНОГО СТУПЕНЯ

Ю. О. Кваша, Н. А. Зіневич

Ю. О. Кваша
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Н. А. Зіневич
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

      Робота присвячена розвитку підходів до аеродинамічного вдосконалювання лопаткових вінців турбомашин. Ціль роботи – перевірка працездатності методики аеродинамічної оптимізації форми лопаток робочих коліс компресорів, запропонованої раніше авторами, стосовно до оптимізації направляючих апаратів надзвукових компресорних ступенів. Як основний метод застосовується числове моделювання просторової турбулентної течії в лопаткових вінцях на основі повних осереднених рівнянь Нав’є–Стокса й двопараметричної моделі турбулентності. Особливостями використовуваного підходу до оптимізації є: варіювання просторової форми лопатки з використанням невеликого числа параметрів без попередньої апроксимації її вихідної форми; пошук оптимальної форми лопатки компресорного вінця шляхом систематичного перегляду багатомірної області незалежних змінних у точках, що утворюють рівномірно розподілену послідовність. У результаті проведеного дослідження визначено два варіанти просторової форми лопатки досліджуваного направляючого апарата, що забезпечують істотне зменшення величини коефіцієнта втрат в апараті в порівнянні із прототипом. У цілому продемонстровано, що на основі раціонального вибору параметрів, застосовуваних для варіювання просторової форми лопатки направляючого апарата, може бути значно підвищена ефективність його функціонування в робочому діапазоні зміни витрати повітря через апарат. Отримані в роботі результати можуть бути використані при аеродинамічній оптимізації форми лопаток багатовінцевих компресорів.

аеродинамічна оптимізація, направляючий апарат компресорного ступеня, числове моделювання, просторова форма лопатки, коефіцієнт втрат

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 threedimensional 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. О. Кваша, Н. А. Зіневич

Copyright © 2014-2018 Технічна механіка