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, 2016, 2, 55 - 63

ДО АЕРОДИНАМІЧНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ РОБОЧИХ КОЛІС НАДЗВУКОВИХ КОМПРЕСОРНИХ СТУПЕНІВ

Ю. О. Кваша, Н. А. Зиневич

      У роботі розглядається актуальне питання зменшення обчислювальних витрат при аеродинамічній оптимізації лопаткових вінців осьових компресорів, коли для розрахунку функції цілі використовується числове моделювання течії на основі повних осереднених рівнянь Нав’є–Стокса. Метою роботи є перевірка працездатності пропонованої авторами економної методики аеродинамічної оптимізації робочих коліс надзвукових компресорних ступенів. Методика передбачає застосування досить “грубих” розрахункових сіток при числовому моделюванні просторового турбулентного потоку повітря в робочих колесах. Ці сітки повинні, однак, вибиратися так, щоб зберігати чутливість результатів розрахунку до зміни геометричних параметрів лопаткового вінця. Критерії якості формулюються як осереднені за витратою повітря величини енергетичних характеристик робочого колеса. Пошук оптимальних геометричних параметрів лопаток проводиться з використанням точок рівномірно розподілених послідовностей у просторі параметрів. Для розрахункових досліджень по перевірці працездатності методики було обрано робоче колесо Rotor-37 надзвукового компресорного ступеня. На прикладі указаного високонавантаженого робочого колеса показано, що вже при порівняно невеликому числі точок рівномірно розподіленої послідовності можуть бути обрані поліпшені в порівнянні із прототипом сполучення варійовних геометричних параметрів лопаток колеса. Вірогідність цього висновку підтверджено подальшим розрахунком енергетичних характеристик вихідного й оптимізованого колеса на детальній розрахунковій сітці. Отримані результати можуть бути використані при аеродинамічній оптимізації геометричних параметрів лопаткових вінців компресорних ступенів.

аеродинамічна оптимізація, робоче колесо компресорного ступеня, числове моделювання, рівномірно розподілена послідовність

1. Chang Luo Multiobjective optimization approach to multidisciplinary design of a three-dimensional transonic compressor blade / Chang Luo, Liming Song, Jun Li, Zhenping Feng // Proc. of ASME TURBO EXPO 2009. – Orlando, Florida (USA), 2009. – 10 p.

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

3. Chaolei Zhang Aerodynamic shape design optimization for turbomachinery cascade based on discrete adjoint method / Chaolei Zhang, Zhenping Feng // Proc. of ASME TURBO EXPO 2011. – Vancouver, British Columbia (Canada), 2011. – 10 p.

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

5. Hong Wu Optimization of highly loaded fan rotor based on throughflow model / Hong Wu, Qiushi Li, Sheng Zhou // Proc. of ASME TURBO EXPO 2007. – Montreal (Canada), 2007. – 11 p.

6. Framework for multidisciplinary optimization of turbomachinery / M. G. Turner, K. Park, K. Siddappaji, S. Dey, D. P. Gutzwiller, A. Merchant, D. Bruna // Proc. of ASME TURBO EXPO 2010. – Glasgow (UK), 2010. – 9 p.

7. Mengistu T. Aerodynamic shape optimization of turbine blades using a design-parameter-based shape representation / T. Mengistu, W. Ghaly, T. Mansour // Proc. of ASME TURBO EXPO 2007. – Montreal (Canada), 2007. – 10 p.

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

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

10. Demeulenaere A. Application of multipoint optimization to the design of turbomachinery blades / A. Demeulenaere, A. Lligout, C. Hirsch // Proc. of ASME TURBO EXPO 2004. – Vienna (Austria), 2004. – 8 p.

11. Cravero C. A Navier-Stokes based strategy for the aerodynamic optimisation of a turbine cascade using a genetic algorithm / C. Cravero, A. Satta // Proc. of ASME TURBO EXPO 2001. – New Orleans, Louisiana (USA), 2001. – 8 p.

12. Shahpar S. Application of the FAITH linear design system to a compressor blade / S. Shahpar, D. Radford // Proc. of XIV Int. Symp. on Airbreathing Engines. – Florence (Italy), 1999. – 12 p.

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

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

15. Burguburu S. Numerical optimization for turbomachinery blades aerodynamic design using a gradient method coupled with a Navier-Stokes solver / S. Burguburu, C. Toussaint, G. Leroy // Proc. of XV Int. Symp. on Air Breathing Engines. – Bangalore (India), 2001. – 7 p.

16. Sanz J. M. A neural network aero design system for advanced turbo-engines / J. M. Sanz // Proc. of XIV Int. Symp. on Airbreathing Engines. – Florence (Italy), 1999. – 7 p.

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

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

19. 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.

20. Кваша Ю. А. Расчет пространственного турбулентного потока в межлопаточных каналах сверхзвуко- вых компрессорных ступеней / Ю. А. Кваша // Техническая механика. – 1999. – №1. – С. 9 – 13.

21. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика / Г. Н. Абрамович. – М. : Наука, 1969. – 824 с.

22. Крайко А. А. Разработка эффективных прямых методов в задачах построения оптимальных аэродина- мических форм / А. А. Крайко // Модели и методы аэродинамики : Девятая международная школа- семинар : сб. докладов и тезисов. – М. : МЦНМО, 2009. – С. 109 – 110.

23. Кваша Ю. А. О рациональном выборе расчетной сетки при аэродинамической оптимизации формы межлопаточных каналов компрессорных ступеней на основе численного моделирования турбулентных потоков / Ю. А. Кваша, С. В. Мелашич, Е. Ю. Ямполь // Техническая механика. – 2009. – № 4. – С. 57 – 67.

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

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

26. Мелашич С. В. Обоснование целесообразности применения стохастических методов при решении задач аэродинамической оптимизации формы компрессорных венцов газотурбинных двигате- лей / С. В. Мелашич // Техническая механика. – 2015. – № 3. – С. 39 – 45.

Copyright (©) 2016 Ю. О. Кваша, Н. А. Зиневич

Copyright © 2014-2018 Технічна механіка