基于氣動反問題的擴壓葉柵優化設計

姜俊鋒，陳 榴，胡 磊，戴 韌

1 前言

軸流風扇和壓氣機葉型的基本構造方法是在標準的中弧線上迭加標準厚度分布，例如NACA65系列［1］。這樣構造出來的葉柵具有豐富的氣動性能試驗數據和詳細的設計應用準則［2,3］。選擇合適的葉柵稠度和葉片安裝角，即可滿足風扇設計速度三角形的要求。隨著葉柵氣動優化方法的發展，風扇葉型設計突破了標準葉型的束縛，依據具體工況要求，采用某種優化算法，尋找與某個優化目標的最佳值所對應“定制”葉型，提高了葉型的氣動性能。跨音速流動可控擴散葉型和低速流動的自然層流葉型是2個重要成果［4～6］。

葉柵氣動優化方法需要大量的流場計算，雖然魯棒性好，但是耗費的機時令人難以接受［7］。尤其重要的是，優化結果的篩選完全取決于優化算法的能力，往往陷入所謂的“局部”優化，而且得到的優化解往往缺乏合理的物理解釋。另一方面，經過長期的氣動力學研究，我們已經掌握了具有較好氣動性能葉型的流動分布特征。如果能預先給出某個氣動目標，再尋找對應的葉型并做優化，那么就可以節省大量的計算費用，而且得到的解也具有物理上的合理性。

與葉柵流動的正問題相比，反問題的理論還不夠完善。葉柵氣動反問題的第一個困難是如何建立氣動目標與葉型幾何之間的對應關系，因為沒有流動方程是以葉型為因變量，而是以速度或壓力分布為自變量而建立的。一個直觀可行的方法是從某個相近的初始葉型出發，比較其流動與設計目標的差距，逐步修改葉型逼近設計目標［8～10］。……