航空发动机涡轮冷却叶片多学科设计优化技术研究

多学科设计优化技术(MDO)是针对复杂工程问题的优化提出的一种方法,充分考虑了学科之间的耦合。本文对包含了多种学科影响的航空发动机涡轮叶片设计问题进行了研究,提出了一种涡轮冷却叶片多学科设计优化的方法。 本文主要工作及结论包括: 1. 综述了国内外关于多学科设计优化技术方法的理论及工程应用的现状,对多学科设计优化技术体系做了详细的总结介绍,阐述了多学科设计优化技术体系的定义、组成及实质。 2.针对涡轮叶片多学科设计优化中涉及的多个学科的相关知识做了详细的论述和归纳,建立了各个学科的计算模型。 3.提出了一种涡轮实心叶片及直流冷却叶片的参数化建模方法。采用五次多项式构造叶片型线,在此基础上求解各叶型截面中弧线方程,通过冷却通道在叶片中弧线上的定位,得到直流冷却叶片参数化模型。 4.实现了涡轮叶片气动外形的自动优化,以涡轮等熵效率为优化目标,优化结果表明涡轮效率得到了提高。 5.提出了一种涡轮冷却叶片多学科设计优化的方法。实现了各学科之间的耦合,通过各学科计算软件在优化平台下的集成,采用模拟退火算法和序列二次规划算法相结合,以叶片内部平均温度为优化目标,实现了涡轮直流冷却叶片的自动优化设计,结果显示叶片内部平均温度有所降低,表明了该方法的实效性和有用性。