摘要：提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。

摘要：研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题。函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析。以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能。

摘要：针对航空发动机涡轮冷却叶片结构复杂、设计难度高的问题,采用UG/API的特征参数化建模技术与数学解析相结合的方法,建立了面向工程的流程化先进涡轮冷却叶片模块式参数化建模系统。从特征与参数的角度,对涡轮冷却叶片进行了叶身外形特征、内部冷却特征以及独立附属结构特征的划分。给出了叶身外形、榫头、缘板和叶身内形以及以其为基体的换热肋片、隔肋、扰流柱特征的详细参数化建模过程及设计实例,提高了涡轮冷却叶片设计效率。

摘要：考虑材料性能和载荷的分散性,运用分布式协同响应面法对涡轮冷却叶片低周疲劳可靠性进行协同分析。运用有限元分析软件,对涡轮冷却叶片进行流-热-固耦合分析;利用人工神经网络构建其平均应力和总应变幅的响应面模型;结合GH4133镍基高温合金的疲劳试验数据,运用线性异方差回归分析方法构建材料寿命响应面模型;以叶片的平均应力和总应变幅作为输入变量,代入到材料寿命响应面模型中得到叶片低周疲劳寿命分布式协同响应面模型;将获得分布式协同响应面模型代替有限元分析模型和材料疲劳试验进行Monte Carlo可靠性分析,得到了不同可靠度下的叶片低周疲劳寿命。与传统响应面方法相比,分布式协同响应面法降低了响应面的非线性程度,提高了分析精度。

摘要：针对典型涡轮冷却叶片,利用工业CT扫描、3D激光扫描、相关点云处理软件和三维建模软件,重构三维模型,进行高质量的网格划分,合理设置边界条件,对涡轮一级动叶进行气热耦合数值模拟分析。结果表明:该一级动叶叶身温度分布均匀,最高温度约935℃,低于材料可承受的温度,出现在前缘叶顶处,为涡轮叶片冷却结构的优化设计提供参考。

摘要：为提高涡轮叶片的数值计算效率,开发出基于参数控制的涡轮叶片模型软件。可实现叶片模型重构、计算域分区、结构化网格生成过程的自动完成和参数化控制,使得叶片的造型和网格生成过程简单化;对生成网格进行数值模拟计算,计算结果表明:生成网格在满足叶片数值计算精度的前提下,工作量大大减少,网格生成效率极大提高;在模型调整时,只需更改相应参数即可快速更新模型,缩短模型的生成周期,提高设计工作的可重用性。

摘要：管网计算方法可以快速分析涡轮冷却叶片的对流换热特性,非常适合用于冷却方案的设计。基于校核后的管网计算提出了一种涡轮叶片冷却方案设计方法。针对已有涡轮冷却叶片,通过和三维CFD计算的对比分析,校核了管网计算方法的精度。在此基础上,依次通过冷却通道、局部冷却特征设计,进行了涡轮叶片冷却方案设计,并进行了三维CFD分析验证。经三维CFD验证表明,基于管网计算的涡轮叶片冷却方案设计达到了预期的降温效果。

摘要：阐述了航空发动机高温涡轮冷却叶片热防护系统流体动力与冷效特性计算方法。计算方法考虑了叶片隔热涂层对发动机气冷叶片冷却效果的影响,在发动机过渡态工作过程中考虑了叶片和隔热涂层的瞬态热传导,建立了瞬态带隔热涂层复合涡轮冷却叶片流体动力与冷效特性计算的计算模型,并完成了相应的程序编制。

摘要：研究了涡轮叶片二维冷却结构的参数化设计技术。采用参数控制点方法实现冷却叶片壁面的变厚度设计,采用隔肋数量、位置参数、偏转角度实现任意数量和形式的冷却腔造型,根据前缘缩进参数确定冷却通道前缘切线弧位置,通过尾缘切割参数实现半劈缝和全劈缝尾缘结构设计。结合叶片外形造型技术开发了造型设计程序,该程序可建立包含任意形式冷却通道和常用尾缘结构的变壁厚二维冷却叶片模型。

摘要：燃气轮机涡轮叶片冷却设计在初始阶段一般采用数值计算方法,由于涡轮叶片流动和传热机理复杂,设计结果存在较大的不确定性,需要开展一系列的冷却试验进行设计程序的修正和结果验证,才能保证涡轮冷却叶片在燃气轮机中的安全可靠运行。