题目：涡轮叶片气动优化设计

涡轮叶片造型是航空发动机设计的关键内容之一。同压气机相比，涡轮的叶型几何形状更复杂，工作环境更恶劣，特别是高效率高载荷超音涡轮的应用对涡轮叶型设计工作提出了更高的要求。涡轮叶片气动传统设计方法是:设计人员首先根据初始叶片进行流场计算，对计算结果进行分析，然后按照经验修改叶型设计参数，不断重复这个过程，直至得到满意的叶型，设计周期长，工作量大。本文主要研究了涡轮叶片气动优化设计方法，建立了一种涡轮叶片自动优化设计体系，改变了传统方法对设计经验的依赖，缩短了设计周期，减小了工作量，提高了工作效率。本文首先研究了涡轮叶片的造型方法，包括分段多项式造型法、预置曲率造型法以及Bezier曲线造型法，并选用Bezier曲线造型法作为优化设计中的造型方法，结合某军用发动机涡轮S2流面通流计算结果生成若干S1流面的初始二维叶栅；然后利用商用优化软件ISIGHT集成自编造型程序、CFD流场计算程序Fluent，先后选择叶型设计参数、曲线控制点坐标为优化设计变量，选取叶片厚度以及叶栅面积为优化约束函数，以总压恢复系数为优化目标函数，选取外部补偿法和序列二次规划法的组合优化方法对各二维叶栅实施优化。优化结果显示总压恢复系数得到明显提高，这充分说明该优化设计体系是可靠的。为了验证二维叶栅的优化效果，以叶栅前缘点为积叠点将叶栅积叠得到三维叶片，对优化前后三维叶片流场进行计算分析，分析结果显示优化后叶片型线得到改善，气动损失明显减小，其中导叶总压损失减小1.976%，动叶效率提高了0.0682%，为高性能发动机的设计提供技术支持。