摘要：叙及了多学科设计优化技术在航空发动机涡轮叶片设计中的应用研究,对涡轮叶片多学科设计优化方法进行设计的具体实施过程进行了介绍,讨论了结构、气动、传热、强度、振动和寿命以及优化算法等跨学科之间进行耦合优化设计的理论和方法。文末给出了一计算实例。

摘要：采用一种基于Pareto最优解的多目标遗传算法—N SGAⅡ算法,以双轴混合排气式涡轮风扇发动机为算例,集成发动机性能模型、流路尺寸模型和质量模型,以单位推力、耗油率等为目标函数进行了多目标优化设计。计算结果表明:N SGAⅡ算法具有较好的稳健性和鲁棒性;基于N SGAⅡ算法的发动机总体性能优化方法能够获得目标空间内分布均匀的Pareto最优解集,有效克服了发动机总体性能方案设计时人工经验依赖较重的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据。

摘要：本文对离心叶轮的形状优化设计过程进行了研究。提出了整体叶轮结构分析的一种有效的方法 ,探讨了其优化数学模型的建立方法 ,包括设计变量的选择、目标函数的确定及约束条件的选取。并对某压气机离心叶轮进行了优化 ,有效地减轻了叶轮的重量 。

摘要：针对向心叶轮结构优化设计耗时长的难点,研究并采用了2类关键技术:其一是利用试验设计技术从大量的轮盘结构尺寸中挑选出重要尺寸作为优化设计变量,以减小优化问题规模;其二是利用支持向量机技术建立向心叶轮强度及振动分析的代理模型,以缩短分析时间.在以上研究工作的基础上建立了1种快速高效的向心叶轮结构优化设计方法.随后的1个算例表明:优化后的叶轮寿命提高4倍,优化设计时间为传统方法的1/27,具有良好的工程应用前景.

摘要：为了减小人为选择参数对优化结果的影响,针对航空发动机轮盘概念设计阶段的结构优化问题,提出了拓扑和形状同时优化(STSO)法.该方法是在变密度(SIMP)法的基础上,通过分析优化目标和约束的灵敏度,用序列二次规划优化(SQP)法进行求解.接着,以板壳结构为例,对比分析了STSO法和分步优化法的结果,说明了拓扑和形状同时优化方法的优点.最后,将同时优化方法应用于轮盘结构概念设计,对比分析了使用拓扑和形状同时优化方法与单独拓扑优化方法进行轮盘结构优化的结果,探讨了不同振型对应的频率约束对优化结果的影响.结果表明,不同振型对应的频率约束下优化结果的结构形式呈现多样性;相较于单独拓扑优化方法,STSO法收敛速度较快、结果也更精确;但是由于形状优化变量取值范围选取不当,有可能会出现网格畸变过大,而导致STSO法所得的结果无效.

摘要：通用核心机技术不仅可增加所发展发动机的通用零件数,缩短研制周期,还可使所发展的各类发动机性能均较先进.不同流量的通用核心机可相应发展不同功率/推力范围的各类发动机,通用核心机的设计需考虑强度与气动性能的折衷,其部件应有宽广的高效与稳定工作范围,且通用前提下也允许核心机后续发展时有小的变动.文中最后讨论了某中小型通用核心机方案设计中涡轮级数和压气机形式的选择问题.

摘要：以某型民用涡扇航空发动机概念设计为例,集成了总体方案(包括热力循环分析、质量评估、噪声评估、氮氧化物排放评估)、风扇(包括气动设计、强度分析)、低压涡轮(包括气动设计、强度分析)3个子系统,以设计点耗油率、整机质量、飞越状态总声功率级、进近状态总声功率级和燃烧室氮氧化物排放量为优化目标,进行了基于多目标的整机多学科设计优化(MDO)的研究。对比研究了单学科可行(IDF)、协作优化(CO)和不对称子空间优化(ASO)3种典型的优化策略及其在整机MDO中的应用,探讨了整机MDO的建模方法、子系统间数据传递及解耦方式。结果表明:3种策略优化效率相当,优化时间最大相差742s;CO策略与ASO策略在整机MDO应用中优化效果较好,综合评价指标分别降低了0.82%和0.86%。

摘要：为探索离心压气机多学科设计优化策略,进一步提高优化效率,建立了基于本征正交分解(POD)技术的离心压气机优化系统。首先选择样本数据生成快照矩阵,进行本征正交分解后,提取了占支配性的少数几个基函数,并以POD系数作为新的设计变量,构建了降阶的设计空间,从而大幅度减少了设计变量的个数。然后与离心压气机多学科优化流程相结合,建立了一种高效率的优化策略。为验证系统的可行性,以极大化等熵效率为目标,针对最大转速状态和巡航状态两个计算工况对压气机进行优化。结果表明:该优化策略在有效减少设计变量个数方面具有优势,从而使优化问题能够快速的收敛,优化后两个工况下的设计点等熵效率分别提高了3.5%和4%。

摘要：针对一个离散变量齿轮系优化设计问题搜索空间大、可行域狭小的特点,基于粒子群算法提出了新的约束与离散变量处理策略。另外,修改粒子群算法的速度更新公式以减少算法参数数目。与有关文献相比,所采用的算法应用于该优化问题时,不但发现可行解的成功率高,而且获得了更好的"最优"可行解和平均结果。与此同时,该算法不要求对该问题进行任何转化,也不依赖于人机交互。结果表明,该算法简单、易行、有效,对于类似优化设计问题的求解很有参考价值。

摘要：针对航空动力系统整机设计优化中存在的计算规模庞大、耦合关系复杂、学科冲突尖锐、实现过程困难等问题,从系统分解、系统建模和系统求解3个方面,发展并应用了高精度代理模型、高效优化策略和智能多目标优化算法等多类先进技术,并建立了基于多学科设计优化(MDO)的航空动力系统整机设计方法。分别以涡轴发动机、涡扇发动机、涡喷发动机、直升机传动系统主减速器主传动链为对象开展了航空动力系统整机MDO工程应用研究,并针对涡喷发动机进行了优化后压气机性能和强度试验验证以及整机试验验证。研究表明:航空动力系统整机MDO能够有效释放设计潜能,显著提高产品综合性能,大幅缩短研制周期,其工程应用前景十分广阔,将变革航空动力系统设计及研发工作。