Перепрофилирование трехступенчатого осевого компрессора с помощью методов математической оптимизации

Двигатели и энергетические установки летательных аппаратов


Авторы

Батурин О. В.*, Попов Г. М.**, Горячкин Е. С.***, Смирнова Ю. Д.****

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: oleg.v.baturin@gmail.com
**e-mail: popov@ssau.ru
***e-mail: evgeni0063@yandex.ru
****e-mail: y.d.smirnova@ya.ru

Аннотация

В работе приводятся результаты поиска рациональной формы лопаток компрессора низкого давления промышленной газотурбинной установки с помощью методов вычислительной газовой динамики и методов многокритериальной математической оптимизации. Особенность решаемой задачи заключается в том, что повышение эффективности компрессора следовало добиться при увеличении степени сжатия на 2% и снижении расхода воздуха на 8% относительно параметров исходного двигателя. При этом следовало максимально сохранить элементы конструкции последнего. В ходе выполнения работы была разработана и верифицирована расчетная модель рабочего процесса в исследуемом компрессоре в программном комплексе Numeca, разработан алгоритм автоматизированного изменения формы лопатки с помощью малого числа переменных при сохранении ее напряженно — деформированного состояния, что позволило сократить число варьируемых переменных более чем вдвое. В результате проделанного исследования была найден такой вариант исполнения компрессора, который позволяет увеличить его КПД на 1,3% (абс.).

Ключевые слова

газотурбинный двигатель, осевой компрессор, исленное моделирование, оптимизация, расчетная модель, эффективность, IOSO, профиль лопатки

Библиографический список

  1. ОАО «Кузнецов». URL: http://www.kuznetsov-motors.ru/en (дата обращения 22.10.2014).

  2. Газоперекачивающие агрегаты (ГПА 63). URL: http://gpa-63.ru/2013/07/03/gazoperekachivayushhie-agregaty-gpa-63/ (дата обращения 22.10.2014).

  3. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. URL: www.ssau.ru (дата обращения 8.02.2015).

  4. Крупенич И.Н., Кузьмичев A.Ю., Ткаченко A.Ю., Батурин O.В., Попов Г.M. Исследование влияния конструктивно-геометрических параметров турбин ГТУ с трехкаскадным газогенератором на их эффективность // Материалы докладов междунар. науч.-техн. конф., «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» Самара, 25-27 июня 2014г, С. 226-228.

  5. Egorov I.N., Kretinin G.V., Leshchenko I.A., Kuptzov S.V., IOSO Optimisation Toolkit — Novel Software to Create Better Design, 9th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization, 04 — 06 Sep. 2002, Atlanta, Georgia.

  6. Dennis B.H., Egorov I.N., Sobieczky H., Dulikravich G.S., Yoshimura S. Parallel Thermoelasticity Optimization of 3-D Serpentine Cooling Passages in Turbine Blades, 2003, ASME Paper No. GT2003-38180.

  7. Sigma Technology, Accessed October 10, 2014 http://www.iosotech.com.

  8. NUMECA, User Manual AutoGrid5 Release 8.4, NUMECA.inc., Belgium, January 2008.

  9. Komarov O.V., Sedunin V.A., Blinov V.L. Application of Optimization Techniques for New High-Turning Axial Compressor Profile Topology Design, 2014, ASME Paper No. GT2014-25379.

  10. Kuzmenko M.L., Egorov I.N., Shmotin Yu.N., Chupin P.V., Fedechkin K. S. Multistage axial flow compressor optimization using 3D CFD code, 6th ASMO UK/ISSMO conference on Engineering Design Optimization, Oxford, UK, 3-4 July, 2006.

  11. Matveev V.N., Baturin O.V., Popov G.M., Egorov I.N. Efficiency improvement of a multistage compressor by optimization stagger angles of blade rows, 2013, Proceedings of the 4:th CEAS Conference in Linkoping, pp. 761-768.

  12. Шаблий Л.С., Колмакова Д.А., Кривцов А.В. Параметрическое моделирование лопаточных машин при оптимизации // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. № 15/6(4). С.1013-1018.

  13. Шаблий Л.С. Программное средство создания и модификации компьютерных моделей лопаток турбомашин Profiler, Свидетельство о государственной регистрации № 2013617453, 14.07.2013.

  14. Дмитриева И.Б. Шаблий Л.С. Программа PROFILER для создания и модификации лопаток турбомашин в рамках задач оптимизации // Материалы докладов междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», Самара, 25-27 июня 2014г. С. 201-203.

  15. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок. — М.: Машиностроение, 2008. Т. 4. 192 с.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход