涡轮叶片多学科设计优化及近似技术研究.pdf

硕士学位论文题目:渴整吐崖墨堂型遮让位丝及近似遮丕婴究西北工业大学整丞盍学科专业:王猩左堂作者:谎芯可年
摘要航空发动机的设计涉及气动、传热、结构、振动、寿命和可靠性等多个学科,随着设计要求的不断提高,传统的设计方法已很难满足要求,迫切需要引进一个综合考虑各学科酉低的相互影响、获得系统最优设计的新方法,这就是多学科设计优化方法。论文重点研究了涡轮叶片的多学科设计优化,主要内容如下:攀隽硕嘌Э粕杓朴呕母拍睢⒌尘凹把芯拷埂K且恢旨ň叻展潜力的复杂系统设计方法,在航空发动机及典型构件的设计方面得到了一定的发展,提出了应用过程中存在的困难及解决方案。樯芰思钢殖S玫亩嘌Э粕杓朴呕椒ǎㄎ闹兴褂玫亩嘌Э瓶尚优化方法与协作优化方法。⒘宋新忠镀牟问7椒āL峁┯呕璧目杀渖杓撇问⒆动生成用于学科分析的相应模型、为学科间的信息交流给予参数支持等,都与参数化建模密切相关,文中详细阐述了基于五次多项式的参数化造型方法。新忠镀杓坪橇似⒋取⒔峁沟榷喔鱿嗷ヱ詈系难Э疲谑迪各学科分析的基础上,如何解决学科间的耦合关系成为研究的重点与难点。论文采用插值方法实现气压、温度、变形等耦合信息的传递,达到解耦的效果。攵晕新忠镀嘌Э粕杓朴呕写嬖诘姆治鲋芷诔ぁ⑹樟菜俣嚷任题,引入了近似技术和变复杂度技术,以提高设计效率。介绍了常用的近似模型,进行了试验设计,并在此基础上完成了优化设计变量的选取与近似初始模型的建立等工作;实现了基于近似技术的叶片气动优化和基于近似模型的叶片多学科设计优化,获得了较满意的结果。醪窖芯苛吮涓丛佣燃际跫霸谖新忠镀杓浦械挠τ茫⒘宋新忠镀变维混合多学科优化系统和耦合松弛多学科优化系统。基于所建立的多学科优化系统,经过多次数值试验验证,均得到了满意可靠的结果。涡轮叶片的各项性能得到明显改善,同时引入近似技术和变复杂度技术后,寻优效率得到显著提升。算例验证结果表明,论文所建立的多学科优化系统可行可靠,具有较大的工程应用前景。关键词:涡轮叶片,多学科设计优化,学科耦合分析,近似技术,变复杂度技术
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第虑把年,美国从成立了专门的际跷被幔⒎⒈砹薓现状多学科设计优化背景甋蹦提出的。年,他首次提出了纳柘搿】,提出航空发动机是精密、复杂的高技术产品,大量零组件在十分恶劣的环境下工作,承受着高温、高压、高转速的工作负荷,以满足高性能要求,并确保安全可靠地运行。航空发动机技术属于多学科的综合技术,涉及热力学、流体力学、固体力学、传热学、燃烧学、结构强度、机械设计、材料学、制造工艺学以及控制科学等学科领域。因此航空发动机的研制是一项多学科综合的、复杂的系统工程。近年来,航空航天工业对发动机等的性能要求越来越高,使设计人员不得不考虑各学科之间相互影响与发动机性能之间的关系。以往这样复杂的多学科设计问题是通过各个学科有限次地设计、计算和试验得到一个可行解的,并作为最后的设计结果。这样得到的结果只是一个实际可用的设计,通常都不是最优设计结果,很难满足现今航空工业对发动机性能、成本、安全和寿命等等的要求。而且,在这样的设计过程中一旦初选出来的设计无法满足所有标准,重复设计及验证的过程将会耗费大量的时间和成本。在这方面,目前出现的多学科设计优化朗妇,简称技术具有无可比拟的优势。多学科设计优化是一种通过充分利用和探索系统中相互作用的机制来设计复杂系统和子系统的方法论。幕灸康氖抢孟钟屑扑慊Э颇D夥治技术和分布并行计算网络资源,充分探索理解各学科酉低的相互作用,获得工程系统整体最优解,同时还要实现各学科的并行设计。且恢植⑿泄こ思想在设计阶段的具体体现和实施技术。钤缬蒒呒堆芯吭薄⑾秩蜛际跷被嶂飨的层次系统奠定了呕椒策略幕 K婧笏质状翁岢隽烁丛玉合系统的全灵敏度方程分析方法【浚诟丛酉低成杓浦杏泄惴旱挠τ们熬啊也因此被视为际醯拇词既恕的白皮书【浚曛咀臡作为一个新的研究领域正式诞生。年,术委员会发表了第二份白皮书【浚夥莅灼な槁凼隽似笠到缍訫技术的需求,总结了利用际醯姆椒ā⒕椋岢隽嘶剐杞饩龅睦盐侍狻T诠こ实践初期,牧礁鲋芯肯钅烤怯蒒陀泄毓ひ挡棵藕献髡箍5模分别是计划用于的塞式喷管发动机的设计与由和多个部门合作开展皍癴甋
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