基于NURBS的叶片优化设计研究

第２５卷２００６年第７期

７月

机械科学与技术

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．２５Ｎｏ．７

Ｊｕｌｖ２００６

刘波文章编号：１００３－８７２８（２００６）０７ｍ８４４讲

基于ＮＵＲＢＳ的叶片优化设计研究

刘波，梅运焕，靳军，万东

（西北工业大学动力与能源学院，西安７１００７２）

摘要：采用Ｎｕ舳ｓ技术构造叶片几何模型，将叶片气动性能参数与几何模型控制相关联，引入人工神经网络对ＮｕＲＢｓ的控制权因子进行调节，使叶片几何模型与气动性能更好地匹配。通过具体实例的应用验证，表明该优化设计方法为叶片优化设计提供了一条新途径，有一定的应用前景。

关键词：ＮＵＲＢＳ；叶片；优化

中图分类号：Ｖ２３２．４文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＢｌａｄｅＯｐｔｉＩＩｌｉｚａｔｉＯｎＤｅｓｉｇｎＢａ∞ｄＯｎＮＵＲＢＳ

ＬｉｕＢｏ，ＭｅｉＹｕｎｈｕａｎ，ＪｉｎＪｕｎ，ＷａＩｌＤｏｎｇ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅａｎｄＥｎｅｒｇｙ，Ｎｏｒ出ｗｅｓｔｅｍＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００７２）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｏｎ—ｕｎｉｆｏ瑚ｒｅｌａｔｉｏｎａｌＢ－ｓｐｌｉｎｅ（ＮＵＲＢＳ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｇｅｏｍｅｔ—ｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｂｌａｄｅ，ｔｌｌｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｔｅｒ＿ｒｅｌａｔｅｄｗｉ出ｔｌｌｅａｅｍ—ｄｙｎ锄ｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔ１１ｅｂｌａｄｅ．Ａｒｔｉ矗ｃｉａｌｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｒｅｇｕｌａｔｅｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆ出ｅＮＵＲＢＳｃｏｎｔＩＤｌａｎｄｔｏｍａｔｃｈｔ｝ｌｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｗｉｔ｝ｌｉｔｓａｅｒｏ—ｄｙｎａｍｉｃｐｅｄｂ珊ａｎｃｅ．Ａｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｔａｎｃｅｓｈｏｗｓｔ｝ｌａｔｔｈｉｓｏｐｔｉｍｉ—ｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｐＩＤｖｉｄｅｓａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｆｂｒｂｌａｄｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ、阳ｒｄｓ：ＮＵＲＢＳ；ｂｌａｄｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

随着对发动机性能要求的不断提高，一些传统的叶片设计方法例如双圆弧叶型设计、多圆弧叶型设计、任意成型叶型设计等等方法都已经很难适应目前的这些要求，如何寻求一种新的能够适应时代要求的叶片设计方法，已经成为当务之急¨’３Ｊ。而且传统的一些优化方法比如数学规划方法和正问题一反问题准则筛选方法也都由于目前发动机性能综合测评参数的增多而在实际应用过程中实施难度增大，变得费时费工，不能达到快速优化的目的¨岫］。

近几年，ＮｕＲＢｓ技术（Ｎ０ｎ－咖ｉｆｏ硼ＲａｔｉｏｎａｌＢ－ｓｐｌｉｎｅ）由于其在复杂几何型面造型中的巨大优势和潜力，已经成为飞机和发动机压气机等复杂几何造型研究的热点∽。“。本文采用ＮｕＲＢｓ技术结合叶片的几何特征开发出专门用于中弧线设计生成、厚度分布编辑和调整、吸压力面拟合生成以及前后小圆处理的ｃ＋＋类，同时采用这些技术完成了叶片的基元级和三维叶片的造型。通过将流场计算程序与ＮｕＲＢｓ形状控制因子进行关联来优化叶片的气动

收稿日期：２００５一０６一０６

基金项目：国家自然科学基金项目（５０４７６０７１）资助

作者简介：刘波（１９６０一），男（汉），陕西，教授，博士生导师性能，从而完成优化设计工作。通过具体模型的应用和分析，可以看出该方法具有一定的应用前景和后续开发潜力。

ｌ几何描述方法

采用一种合适的几何描述对压气机叶片的优化设计来说有着相当重要的意义，如果在整个叶片生成过程中，我们将叶片的气动性能参数与叶片的几何形状调整进行关联，通过流场计算程序与型面调整的反复迭代获取具有最优性能的叶片，就可能需要大量的叶片几何形状描述的变量来与流场计算程序匹配，如何采用一种控制变量少，控制灵活的几何描述方法来描述叶片也就成为了关键。本文通过采用ＮｕＲＢｓ来对叶片的几何形状进行描述不但可以解决上述问题，而且当调整对ＮｕＲＢｓ描述的几何形状进行局部调整时，能够将调整的几何影响控制在局部范围内，不使它扩散，这对于叶片性能的优化有着至关重要的作用。

在本文中ＮｕＲＢＳ曲线的定义形式如下　万方数据