● 摘要
随着现代涡扇发动机涵道比的增加和压气机增压比的提高，涡轮部件的结构形式和内部流动发生了巨大的变化，尤其是低压涡轮部件，往往需要采用多级形式以满足其大功率和高效率的要求，这对其气动设计提出了新的严峻的挑战。传统的涡轮设计方法和体系渐渐显得力不从心，而结合现代智能优化算法的涡轮优化设计方法则以其高效的技术特点逐渐脱颖而出，在现代涡轮气动设计领域发挥着越来越重要的作用。本文从低维层面出发，围绕多级涡轮的低维优化设计展开，旨在探索和发展适用于工程设计的多级涡轮低维优化设计方法，为建立多级涡轮的多维优化设计体系提供一定的理论基础和计算技术支撑。
针对涡轮的一维设计，本文在验证了粒子群优化算法良好的寻优性能的基础上，结合涡轮损失模型建立了多级涡轮一维优化设计模型，据此提出了一种基于粒子群算法的多级涡轮子午流道优化设计方法并发展了一套多级涡轮低维优化设计程序。利用该程序完成了某五级低压涡轮的改型设计工作，成功地改善了涡轮在设计点和非设计点下的工作性能，验证了该方法在涡轮优化设计领域的可行性。
此外，为完善涡轮的优化设计体系，本文初步探讨了多级涡轮二维层面的优化设计方法，通过将Kacker & Okapuu损失模型添加到流线曲率法中成功地发展了用以多级涡轮S2流面气动计算的数值程序。同时，为综合考虑涡轮在非设计点下的气动性能，本文初步探讨了多级涡轮在非设计状态下气动特性的计算方法，并发展了基于体积力模型的多级涡轮准一维特性计算程序，为涡轮的多目标优化方法的建立提供了一定的技术支撑。
总结起来，本文围绕多级涡轮的低维优化设计开展了一定量的工作，并发展了一些具有工程应用意义的设计方法和工具，为现代多级涡轮的优化设计方法的创新提供了一些新的思路。