● 摘要
随着世界各国在液体火箭技术中广泛地采用涡轮泵作为供应推进剂组元的装置，涡轮的性能和可靠性、设计水平和工艺水平、质量和尺寸等都在不断地完善。在涡轮的设计工作中，可以最大程度地利用原有设计，减少设计工作量。作为发动机改进设计中的一个重要环节，涡轮叶片气动优化设计的主要目的是获得更好的气动性能，从而进一步提高涡轮的工作效率。 本文以某型液体火箭发动机涡轮叶片的气动优化过程为实例，介绍了以NUMECA软件为平台的涡轮叶片优化设计的方法和过程。对于实例中的轴流式涡轮叶片，本文首先对初始叶型对应的涡轮内部流场进行三维数值计算，并详细分析其气动性能，对影响涡轮效率的因素进行详细讨论，提出叶型改进设计的建议和方向。然后本文通过对叶片进行参数化建模，建立叶片的参数化三维几何模型和以涡轮效率为优化目标的气动优化模型，在此基础上结合三维流场数值计算建立优化体系进行迭代寻优，最终得到优化叶型，优化后的涡轮叶片气动性能有效改善，且提高了工作效率。 本文结合实例详细讨论了参数化建模技术和涡轮叶片参数化三维几何模型的建立过程，实现了用较少的优化设计变量确定形状合理、可变性较大的叶型的目的，为后续的优化工作打下了坚实的基础；同时，本文利用NUMECA建立优化体系，采用人工神经网络技术和遗传算法，以较短的时间完成了对涡轮叶片的气动优化。本文的研究为类似的优化工作提供了可资借鉴的优化措施和指导方法。