题目：基于参数化的涡轮叶片设计、分析及优化

发动机叶片的设计对提高发动机性能、缩短研制周期和降低制造费用起着重要的作用。过去的设计方法主要凭设计人员的经验，叶片的设计周期也比较长。随着计算流体力学的发展和CAD建模技术在航空方面的应用，再结合现代优化算法，使得设计人员能够依靠强大的数值方法和自动优化设计体系来缩短叶片设计周期,提高设计效率。本文主要目的是建立涡轮叶片从设计到分析再到优化的快速设计系统，提高涡轮叶片的设计效率，缩短设计周期。本文以一个两级涡轮为例，讨论了参数化驱动的叶片气动优化设计。在综合了国内外相关领域研究现状后，本文首先对涡轮叶片叶型进行参数提取及分类。利用VC对UG进行二次开发，把叶型截面线分为前缘、尾缘、叶背和叶盆四段分别对其进行参数化成型，实现了叶片叶型的参数化造型和修改。接着，使用NUMECA对两级涡轮，进行了CFD模拟计算，完成了涡轮叶片的气动分析。然后，以ISIGHT作为优化平台，集成UG、VC、NUMECA，建立了叶片快速设计系统。最后，引入了试验设计的方法来减少优化的设计变量，把对目标函数影响较大的参数作为设计变量，采用遗产传算法加序列二次规划法的算法组合，对两级涡轮进行了气动效率优化，并对结果进行了比较。优化后涡轮叶片的性能得到了明显的提高，证明本文所建立的涡轮叶片优化设计系统，能够有效地研究几何设计变量对涡轮叶片性能的影响，从而缩小优化问题规模，提高叶片气动优化设计的效率，具有应用到工程实践的可行性和可靠性。