Использование средств математической оптимизации для повышения эффективности семиступенчатого осевого компрессора

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

Аннотация


В статье приводится описание методики автоматизированного перепрофилирования лопаток осевого компрессора. Методика основана на совместном применении пакета вычислительной газовой динамики NUMECA и программы-оптимизатора IOSO. Основная идея методики заключается в том, что на каждой итерации оптимизатором формируется множество параметров, определяющих геометрию компрессора. На его основе в программе NUMECA AutoGrid создаются конечно-элементные модели компрессора. С их помощью рассчитываются параметры работы в одной или несколько точках на характеристике компрессора в программе NUMECA Fine/Turbo. Результаты расчёта передаются в оптимизатор, где полученные значения сравниваются с поставленными ограничениями. Затем формируется новый набор исходных данных. Цикл повторяется до достижения требуемых критериев работы компрессора. Разработанная методика была апробирована на семиступенчатом компрессоре высокого давления двигателя НК36-СТ. Приводятся описание созданной численной модели и результаты верификации на основе сопоставления расчётных данных с данными эксперимента. Созданная модель позволяет получать результаты, близкие к экспериментальным, и не требует больших вычислительных ресурсов. С помощью созданной модели была проведена оптимизация компрессора в двух постановках: 1) повышение КПД на режиме с частотой вращения ротора 100 % от максимальной за счёт изменения углов установки направляющих аппаратов трёх первых ступеней; 2) повышение КПД на двух режимах работы с частотой вращения ротора 80 и 100 % от максимальной за счёт изменения углов установки всех лопаточных венцов. Показано, что в первом случае возможно увеличение эффективности компрессора на 0,3 %. Во втором случае можно добиться увеличения КПД на 1,2 % при частоте вращения 80 % и на 0,5 % при частоте вращения 100 % только за счёт изменения углов установки всех лопаточных венцов.


Ключ. слова


Осевой компрессор; эффективность; оптимизация; фронт Парето; характеристика

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Кулагин В.В. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Основы теории ГТД. Рабочий процесс и термодинамический анализ. М.: Машиностроение, 2002. 616 с.

2. ОАО «Кузнецов». http://www. Kuznetsov-motors.ru

3. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) http://www. ssau.ru

4. Газоперекачивающие агрегаты (ГПА 63). http://gpa-63.ru/2013/07/03/

5. 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 международной науч.-техн. конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». Ч. 1. Самара: Изд-во СГАУ, 2014. С. 226-228.

6. NUMECA International. http://www. numeca. be/en

7. Шаблий Л.С., Дмитриева. И.Б. Приведение геометрии пера лопатки, заданной облаком точек, к параметрическому виду в рамках задач оптимизации // Известия вузов. Авиационная техника. 2014. № 3. С. 44-48.

8. Matveev V.N., Popov G.M., Goryachkin E.S., Smirnova Y.D. Effect of Accounting of Air Bleed from the Flow Passage of the Multi-Stage Axial Low Pressure Compressor on its Design Performances // Research Journal of Applied Sciences. 2014. V. 9, no. 11. P. 784-788. doi: 10.3923/rjasci. 2014.784.788

9. Сигма Технология. http://www. iosotech.com

10. 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 Optimisation. 2002. doi.org/10.2514/6.2002-5514

11. Komarov O.V., Sedunin V.A., Blinov V.L. Application of Optimisation Techniques for New High-Turning Axial Compressor Profile Topology Design //ASME Paper. 2014. V. 2B: Turbomachinery. doi.org/10.1115/gt2014-25379


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-3-284-295

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533