基于遗传算法的压气机三维气动优化设计方法研究

摘要

随着现代航空业的高速发展，航空发动机（以下简称发动机）作为飞机以及导弹的心脏，在设计的过程中对它的要求越来越高。发动机发展的主要方向是增加推重比、降低耗油率、提高效率，风扇和压气机作为其中的重要部件，其性能的改进起着至关重要的作用。近些年来随着数值模拟技术的不断发展，基于优化理论的气动设计方法逐渐成为热点。本文就是以提高压气机的气动性能为目的，对压气机叶片进行气动优化设计研究。
　　本文首先采用基于三次B样条曲线的控制点类曲线进行三维叶片的参数化，有效的减少了优化过程中的设计变量，便于优化过程中叶片几何形状的自动生成。为了验证三维粘性流场求解程序的可靠性应用基于N-S方程的三维粘性流场求解程序(3DCFD)对NASARotor37叶栅内部流场进行模拟计算，应用商用软件NUMECA对NASARotor37叶栅内部流场进行模拟计算，并且将二者的计算结果与实验结果进行比较和分析。
　　对遗传算法进行研究，针对遗传算法的缺点对其进行改进。采用小生境技术、精英策略对简单遗传算法加以改进。考虑到气动优化设计问题的复杂性和实际需要，开发具有多变量优化问题求解能力的通用遗传算法优化程序，通过测试函数对其寻优能力进行验证。
　　为了提高优化效率引入了响应面模型的概念，并且将其与遗传算法相结合建立三维压气机叶片气动优化设计体系。以NASARotor37为参考叶型，应用该体系对其进行三维压气机叶片弯掠结合的气动优化设计，进而完成了对整个优化体系的测试。

目录

基于遗传算法的压气机三维气动优化设计方法研究

The Reserch of Compressors‘ Three-Dimension Aerodynamic Optimization Designing Method Based On Genetic Algorithm

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 本文主要研究内容

第2章 叶栅通道内流场的计算和叶型参数化

2.1 引言

2.2 控制方程

2.3 湍流模型

2.4 计算网格的生成

2.5 控制方程的离散

2.6 加速收敛技术

2.7 N-S方程的边界条件

2.8 叶型参数化

2.9 本章小结

第3章 压气机三维流场数值模拟计算

3.1 引言

3.2 应用压气机流场求解程序对NASA Rotor37流场数值模拟

3.3 应用NUMECA软件对NASA Rotor37流场数值模拟

3.4 计算结果的比较分析

3.5 本章小结

第4章 遗传算法的改进

4.1 引言

4.2 遗传算法的改进

4.3 响应面模型

4.4 本章小结

第5章 三维压气机气动优化体系的应用

5.1 引言

5.2 基于遗传算法和响应面模型的优化体系的建立

5.3 应用该体系对NASA Rotor37进行优化设计

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢