● 摘要
涡轮是航空发动机最为关键的部件之一，其气动性能的改善对发动机的整体性能的提高有着至关重要的作用。涡轮叶型设计是涡轮气动设计过程中的一个关键环节，叶型设计的优劣直接影响到涡轮的气动性能。然而，涡轮叶型设计是一个反复迭代的过程，设计周期长，工作量大且不易得到气动性能高的叶型。随着现代计算机速度及计算技术的发展，叶片参数化造型技术，CFD计算技术以及集成优化技术都有了极大的提高，如何充分利用这些有利条件以提高涡轮叶型设计水平成为了一个新的研究课题。本文正是以此为出发点，建立涡轮叶片造型及气动优化一体化设计系统，使复杂的高性能涡轮叶片设计问题程序化、流程化、自动化，缩短设计周期，减少设计工作量，对于航空发动机设计，及其它燃机设计具有重要意义。本文首先采用Bezier曲线在S1流面上进行叶栅造型, 接下来分别使用参数法和控制点法对各个流面上叶栅进行气动优化设计，得到各个流面上气动性能良好的叶型，最后沿径向积叠形成三维叶片并对生成的叶片进行三维CFD分析，形成涡轮叶片的三维造型及气动优化设计系统。应用该系统对某航空发动机涡轮叶片第二级叶片进行气动优化设计。三维数值模拟结果表明，叶片流场得到改善，叶片气动性能提高。