● 摘要
提高涡轮前温度是提高发动机效率的有效方式，导致航空发动机涡轮工作环境越来越恶劣，对冷却涡轮叶片的设计要求越来越高，也增加了其涉及的学科以及耦合关系，而冷却技术则是涡轮叶片设计非常重要的一部分。创新的冷却技术固然重要，但是相比于追求更为复杂的冷却技术，提高现有的冷却技术的冷却效率却更具有经济性，因此本文就是对带有内部冷却这一常见的结构简单且冷却效率较高的某型号高压涡轮导叶进行多学科优化设计。
本文在明确了目标之后，具体实施分为以下四个步骤：
第一，实现内冷涡轮叶片的流热耦合数值模拟，并为自动优化框架做好准备工作。首先对内冷涡轮叶片实现参数化造型，经过对比选择了带γ-θ转捩的SST湍流模型，该模型能够更好的模拟转捩过程。然后根据冷却效率和成本的因素确定了四个冷却孔的内部冷却结构，并进行了网格无关性的验证；
第二，集成自编程序以及商用软件，构建针对内冷涡轮的自动优化框架，根据自编的内冷涡轮叶片的参数化造型程序，集成UG，ANSYS，Isight以及批处理命令，完成了可以自动进行的优化框架；
第三，基于构建的多学科优化框架，进行了内冷孔的几何优化，最优点的目标变量分别是最高温度为1150.3K，平均温度921.21K，相比于优化过程中的最高点，最高温度为1162.2K，平均温度936.41K，分别降低了11.9K和15.2K。验证了几何优化的可实现性以及其有效性。
第四，基于构建的多学科优化框架，以冷却空气流量为优化变量，以冷却空气流量和叶片表面温度为优化目标，首次优化总流量0.0356287kg/s，达到叶片表面最高温度为1169.5K，平均温度994.21K，后经过调整目标函数的缩放比例和权重进行再次优化，得到总流量为0.0587221kg/s，叶片表面最高温度为1150.4K，平均温度946.16K。验证了边界条件优化的可实现性以及其对叶片表面温度的改善。
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