[發(fā)明專利]一種基于翼型參數(shù)控制的軸流式抗空化葉輪設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110460802.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113094840B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國(guó)壽;梁寧;王瑩;曹琳琳;吳大轉(zhuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;F04D29/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

1.一種基于翼型參數(shù)控制的軸流式抗空化葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1：根據(jù)軸流泵性能參數(shù)確定葉輪設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，包括葉輪直徑、輪轂直徑、轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)；然后確定葉輪葉片從葉根到葉頂?shù)钠拭姝h(huán)量分布，并由環(huán)量分布確定不同剖面的翼型進(jìn)口安放角、出口安放角、弦長(zhǎng)、最大厚度；

S2：以翼型最大厚度、最大厚度位置、最大拱度、最大拱度位置四個(gè)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，給定這四個(gè)參數(shù)的合理變化范圍，然后采用拉丁超立方的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法生成設(shè)計(jì)變量的試驗(yàn)樣本；基于翼型最大厚度、最大厚度位置、最大拱度、最大拱度位置四個(gè)參數(shù)的NASA翼型參數(shù)化控制方法，生成每個(gè)試驗(yàn)樣本對(duì)應(yīng)的翼型的坐標(biāo)，最后，調(diào)用翼型流場(chǎng)求解器對(duì)翼型進(jìn)行流場(chǎng)求解，得到每個(gè)試驗(yàn)樣本的翼型升力系數(shù)與表面壓力分布，即每種翼型的升力系數(shù)與表面壓力分布；

S3：以翼型升力系數(shù)、翼型前緣最小壓力系數(shù)、翼型中部最小壓力系數(shù)、翼型表面壓力方差為目標(biāo)變量，以從S2得到的每種翼型的升力系數(shù)與表面壓力分布數(shù)據(jù)為訓(xùn)練集，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)變量之間的回歸關(guān)系；

S4：兼顧葉片水力性能與抗空化性能，對(duì)于每個(gè)剖面的翼型進(jìn)行如下優(yōu)化：

以翼型前緣最低壓力系數(shù)最大、翼型中部最低壓力系數(shù)最大、升力系數(shù)最大、翼型表面壓力方差最小為目標(biāo)函數(shù)，并以翼型最大厚度和翼型偏轉(zhuǎn)角為約束條件，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)所述設(shè)計(jì)變量進(jìn)行尋優(yōu)，得到所述設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化解集；

S5：對(duì)于每個(gè)剖面，選擇滿足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)變量對(duì)應(yīng)的優(yōu)化解，基于NASA翼型參數(shù)化控制方法，生成優(yōu)化解對(duì)應(yīng)翼型的坐標(biāo)；

S6：將S5得到的翼型的坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入葉輪設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行三維葉片構(gòu)型，若剖面難以光順，則返回S4，重新調(diào)整當(dāng)前剖面的翼型最大厚度和翼型偏轉(zhuǎn)角約束，進(jìn)行重新優(yōu)化和構(gòu)型，直至得到光順的葉片為止。

2.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翼型參數(shù)控制的軸流式抗空化葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述S4中的翼型偏轉(zhuǎn)角θ的約束條件為：

θ＝|β’₂-β’₁|.

其中，y_c為翼形拱度曲線的縱坐標(biāo)，x為橫坐標(biāo)，β’₁為翼型拱度曲線起點(diǎn)處切線與翼型拱度曲線的x軸的夾角，β’₂為翼型拱度曲線終點(diǎn)處切線與x軸的夾角，m為翼型最大拱度，p為翼型最大拱度位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翼型參數(shù)控制的軸流式抗空化葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述S2和S5中的基于NASA翼型參數(shù)化控制方法生成翼型坐標(biāo)包括如下步驟：首先確定設(shè)計(jì)變量，然后根據(jù)翼型拱度曲線和翼型加厚分布規(guī)律，得到翼型坐標(biāo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于翼型參數(shù)控制的軸流式抗空化葉輪設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述S4中的翼型前緣定義為翼型無(wú)量綱弦長(zhǎng)0～0.1，翼型中部定義為翼型無(wú)量綱弦長(zhǎng)0.1～0.9。