基于贝赛尔曲线和粒子群算法的涡轮叶片型线参数化建模

建立涡轮叶片型线的参数化模型是进行叶片设计优化的前提和关键。基于三次贝赛尔曲线,充分利用叶片的基本几何参数,详细地推导了叶片型线方程,建立了涡轮叶片型线的参数化模型。基于建立的参数化模型,采用粒子群优化算法来重构实际涡轮叶片型线,给出了具体计算步骤。结果表明:建立的参数化叶片模型光滑性质量高,且具有很好的形状控制能力,可以快速地修改设计参数并再生模型。基于粒子群优化算法重构叶型的方法可以快速准确地重构实际涡轮叶片型线,为涡轮叶片叶型的设计优化奠定了重要基础。

基于z-θ流面的径流式叶片中弧线造型设计方法

提出一种基于z流面的径流式叶片中弧线造型设计方法。在子午流面中,定义径流式叶型中弧线径向半径沿轴向的变化规律;在z流面中,结合进出口的气流参数,定义叶型中弧线周向角沿轴向的变化规律;组合生成叶型的中弧线。利用Bézier曲线描述中弧线的子午型线和z流面型线,在升级算法和曲率优化的基础上保证了连接处的曲率连续。沿中弧线法线方向依据一定的厚度分布规律生成径流式叶型,并实现了含大小叶片离心式压气机的参数化造型设计。在设计空间中,以超拉丁方试验设计方法采样原始数据,在此基础上生成具有最小无偏估计的Kriging近似模型,基于此近似模型实现了气动优化设计,提高了离心式压气机的气动性能。

一类双三次样条曲面及其应用

在生产上,对已有的实物模型,通常要了解其整体结构,以便能够制造相应的模具,成批生产与实物模型类似的产品。这一工作如果由计算机辅助完成,即为计算机辅助放样。本文根据压气机叶片图纸提供的位于不同截面上的叶型坐标离散数据,建立了叶型面的数学模型,还对离散数据进行曲面拟合,形成的曲面除叶片型面之外还包含它的延伸曲面。

基于积叠线的风扇叶片优化与振动特性研究

为了改善航空发动机风扇叶片静强度和振动特性,以风扇叶片静应力和应变能密度指数为优化目标,采用Kriging代理模型和微种群遗传算法,分析风扇叶片重心积叠线周向构型变化对叶片强度振动性能的影响。以叶片重心积叠线周向构型为设计参数,实现风扇叶片参数化建模和有限元网格的自动划分及有限元计算。建立航空发动机风扇"参数化建模—有限元仿真—强度和振动特性优化"的一体化平台,对某宽弦风扇叶片进行优化设计。结果表明:优化后叶片中心的高应力区向叶尖偏移,叶根前缘的高应力区得到了改善,最大静应力减小了5.45%,应变能密度指数减小了5.94%,在相同载荷下的第1阶振动应力裕度从66.81%提高到了70.46%;叶片的固有频率、振型和共振裕度等没有明显变化,表明此优化算法可有效改善叶片的静强度和振动应力分布,且不会对其它振动特性产生不利影响。

浮式风机气动-水动-气弹性耦合响应数值模拟

随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe⁃FOAM⁃SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。

一种带柄异形棒材刀片柄部延伸面的计算及其加工

着眼于实际中的一种带柄异形棒材刀片的制造,针对其柄部延伸面以往简单粗糙的加工方法(划线对刀柄打磨相结合),对刀片图纸进行了较为详细的分析和讨论,经过数学运算,提出了两个重要而简单的计算公式,结合特定的工装和机床,得出了该刀片柄部延伸面的详细的加工流程,使得实际加工简单易行。

任意回转流面内叶型几何生成方法

传统的叶型设计方法对流道内的流面一般采用平面、柱面或锥面进行流面简化。提出了一种任意回转流面内的叶型几何生成方法,该方法基于中弧线加厚度分布的方式生成叶型。首先,在流面内生成中弧线,中弧线上的点可以看作由定义的基叠点开始,沿着子午面流线移动一段距离和沿周向回转一定弧长得到的,将中弧线分段,求得一系列回转流面内中弧线上的点;然后,在流面内加上厚度分布,获得叶盆和叶背曲线。基于叶盆、叶背曲线在前、尾缘处关于中弧线对称的假设,给出了一种兼容圆形和椭圆形前、尾缘造型方法,生成前、尾缘后通过调整叶盆、叶背曲线的起点、终点位置和切矢,保证连接处G1连续。使用MFC和NX8.0联合开发的方式,开发出了叶片快速造型系统,实现了回转流面内的叶型几何设计,与锥面内的叶型对比表明该方法生成的叶型更符合气流流动趋势。

后掠风力机叶片非定常气弹耦合模型与响应分析

后掠叶片外展段后掠,弹性轴与扭转轴分离,致使叶片非线性变形显著,气流沿叶片展向流动和气弹耦合特性增强。为精确分析后掠叶片的结构与气动之间的耦合关系,采用螺旋尾涡升力线模型结合修正的B-L动态失速模型,并计及积叠线瞬时变形对诱导速度的影响,计算非定常气动载荷;叶片结构部分通过超级单元将后掠叶片离散成多体系统,借鉴成熟的多体递归建模技术,实现转动叶片的高效组装与数值求解。通过模拟NREL 5 MW直叶片的稳态响应,验证计算模型的有效性与精度;然后分析5 MW后掠叶片,在变桨距和不变桨距情况下的非定常气动响应。数值仿真结果表明,该模型能有效地模拟后掠叶片非线性变形和非定常气动特性,能为新型降载增效后掠叶片的气动性能、疲劳载荷谱分析与结构优化设计提供有效数值分析方法。

一维模型在高负荷风扇中的应用及适应性分析

针对弹用涡轮发动机风扇/压气机准三维设计体系中一维性能仿真模型开展研究,通过模型对弹用高通流、高负荷风扇进行特性仿真,利用试验数据对一维性能仿真模型的仿真结果精度进行校核,并结合三维CFD仿真结果对一维仿真模型结果偏差进行分析。研究表明:对于高负荷、高性能单级风扇,在80%~100%转速下,一维中径性能仿真模型精度相对较低,而三维CFD方法可以较好地预测高负荷风扇的性能;通过与三维CFD结果对比分析,认为导致一维中径仿真模型结果误差主要因素包括叶型模型不匹配、串列叶片等效模型偏差以及激波结构不匹配等。