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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 532.5

Технічна механіка, 2015, 3, 39 - 45

ОБҐРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ СТОХАСТИЧНИХ МЕТОДІВ ПРИ РОЗВ'ЯЗАННІ ЗАДАЧ АЕРОДИНАМІЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ФОРМИ КОМПРЕСОРНИХ ВІНЦІВ ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ

C. В. Мелашич

      У даній роботі для обраного режиму течії побудовано поверхні відгуку основних аеродинамічних характеристик компресорних решіток – кута повороту потоку та коефіцієнта втрат повного тиску. При цьому параметричний опис форми профілів решіток виконано з використанням оригінального способу, що ґрунтується на застосуванні кривих Без’є і системи гладких опуклих функцій Хікса–Хенне. Розрахунок цільової функції виконується шляхом моделювання течії на основі чисельного інтегрування системи осереднених рівнянь Нав'є–Стокса, замкнутих за допомогою однопараметричної моделі турбулентності Спаларта–Аллмараса. В результаті показано складність форми поверхні відгуку основних аеродинамічних характеристик компресорних решіток, що утруднює можливість пошуку їх екстремумів за допомогою детермінованих методів нелінійного програмування. Виконано аеродинамічну оптимізацію решітки профілів з використанням детермінованого підходу – методу сполучених градієнтів та стохастичного підходу – генетичного алгоритму. Показано, що градієнтний метод при різних початкових умовах сходиться до різних екстремумів цільової функції, що суттєво знижує його переваги при застосуванні до розв’язання задач аеродинамічної оптимізації. При цьому ефективність генетичного алгоритму (в сенсі кількості розрахунків цільової функції) виявляється вище ефективності градієнтного методу з мультізапуском. Таким чином, на конкретному прикладі в роботі обґрунтовано доцільність застосування стохастичних методів до розв’язання задач аеродинамічної оптимізації компресорних решіток.

компресорна решітка, оптимізація форми, аеродинамічні характеристики, геометричні параметри решітки, поверхня відгуку, генетичний 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 Turbomachinery. – 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.

16. 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

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

18. 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.

Copyright (©) 2015 C. В. Мелашич

Copyright © 2014-2018 Технічна механіка