(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211306782.2 (22)申请日 2022.10.25 (71)申请人 中国科学院工程热物理研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路1 1 号 (72)发明人 杜娟　巴顿　范忠岗　杨晨　 张宏武　 (74)专利代理 机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 专利代理师 张博 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 用于压气机叶片与机匣处理一体化扩稳设 计方法 (57)摘要 本发明提供了一种用于压气机叶片与机匣 处理一体化扩稳设计方法， 应用于叶轮机械领 域。 该方法包括： 根据压气机叶片和机匣处理模 型， 分别确定叶片和机匣处理参数化方法， 借助 采样技术获得初始参数集， 借助先进优化算法在 压气机效率不降的条件下， 获得宽稳定裕度的设 计。 该方法能够耦合叶片与机匣处理的相互作 用， 大大提高机匣处理的适应性， 使得压气机在 更宽的工作范围内稳定运行， 节省研制成本 。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115374576 A 2022.11.22 CN 115374576 A 1.用于压气机叶片与机匣处 理一体化扩稳设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据压气机 叶片和机匣处理模型， 确定压气机 叶片与机匣处理的参数化方法， 确定参 数集； 借助采样方法获得初代种群Ni， 其中i=1,2, ……,N， 其中N 为初代种群的数量； 针对原型光壁压气机进行RANS数值模拟， 获得全流量工况下压升系数 ‑流量系数和效 率‑流量系数特性线， 确定原型光壁压气 机近失速流量工况的流量m𝑁𝑆和峰值效率工况下的 流量mPE； 针对初代种群的N种叶片与机匣处理一体化扩稳设计方案， 给定近失速流量工况的流 量m𝑁𝑆和峰值效率工况下的流量mPE的流量边界条件进行两次RANS数值模拟， 分别提取动叶 端区轴向动量的钟形分布曲线和压气机出口效率， 获得初代种群的适应度： 裕度特征量Mi 和效率特 征量Pi； 以初代种群构建代理模型， 采用多目标优化算法， 获得pareto前沿， 在效率特征量不降 的条件下， 寻找裕度特 征量最大的设计。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述参数化方法为自由变形技术， 依据变 形约束条件， 得到所述参数集； 所述参数集包括动叶端区参数集和机匣处理参数集， 其中， 所述动叶端区参数集包括叶片前缘弯、 叶片尾缘弯、 叶片前缘掠、 叶片尾缘掠和叶片旋转， 所述机匣处 理参数集包括轴向缝弯、 轴向缝掠、 轴向缝旋转、 轴向缝高度和周向槽缩放。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述变形约束条件包括： 叶片前缘弯 的控 制点变化区间为 ‑10%~25%叶顶轴向弦长， 叶片尾缘弯的控制点变化区间为 ‑10%~25%叶顶轴 向弦长， 叶片前缘掠的控制点变化区间为 ‑10%~25%叶顶轴向弦长， 叶片尾缘掠的控制点变 化区间为 ‑10%~25%叶顶轴向弦长， 叶片旋转的控制点变化区间为 ‑60°~60°， 轴向缝弯的控 制点变化区间为 ‑15%~15%叶顶轴向弦长， 轴向缝掠的控制点变化区间为 ‑15%~15%叶顶轴向 弦长， 轴向缝旋转的控制点变化区间为 ‑60°~60°， 轴向缝高度的控制点变化区间为5%~20% 叶顶轴向弦长， 周向槽缩放的控制点变化区间为 4.4%~17.8%叶顶轴向弦长 。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述采样方法为拉丁超立方采样， 得到初 代种群Ni， 其中i=1,2, ……,N。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述RANS数值模拟包括： 利用网格划分技术处理所述压气机叶片和机匣处理， 其中对近壁处网格进行加密处 理， 获得全三维计算网格； 利用湍流模型计算求解三维雷诺平均Navier ‑Stokes方程， 获得全流量工况下压升系 数‑流量系数和效率 ‑流量系数特性线。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述近失速流量工况位于压升系数 ‑流量 系数特性线最左端， 所述峰值效率工况位于效率 ‑流量系数特性线最顶端。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述裕度特 征量Mi的提取包括： 基于离散条件， 对动叶端区划分离散控制体， 其特征在于， 所述离散条件包括： 控制体 径向自机匣内壁向轮毂延伸20%叶高， 控制体轴向覆盖前缘和尾缘， 涵盖叶顶泄漏流影响区 域； 分别求解通过各离散控制体的轴向动量， 沿轴向累加， 获得轴向动量钟形分布曲线， 累 加轴向动量 最大值对应的轴向位置即为裕度特 征量Mi。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述效率特征量Pi为峰值效率工况对应的 效率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374576 A 29.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述代理模型为克里金模型， 所述多目标 优化算法为NSGA ‑Ⅱ优化算法， 包括快速非支配排序在 全局搜索非劣解集， 密度估计函数分 析设计方案在设计空间的疏密程度； 采用克 里金代理模型对适应度函数进行 预测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374576 A 3