文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
基于NURBS的叶片优化设计与OpenGL中的渲染仿真系统的开发
姓名:靳军
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:刘波
20050301
西北工业大学硕士学位论文
摘要
在影响压气机性能的各项因素中,压气机叶片的几何形状以及其对应的气动
性能对压气机的整体性能起着非常关键的作用,因此能否设计出好的叶片是整个
压气机设计环节中很关键的一环。
本文针对压气机叶片采用了造型技术,独立研究开发出专门用于叶片
设计的曲线曲面类、中弧线类、厚度分布类、吸压力面类以及三维实体类,
并由此完成了二维基元级的完整设计和用蒙面法生成三维叶片的全部工作在利
用技术己经完全成熟的流场计算程序进行气动性能计算和分析之后,将叶片气动
性能参数与曲线曲面的形状控制因子相关联来对叶片的几何形状进行二
次优化设计,在对实际工程中某型发动机压气机静子叶片的重新优化设计后,使
得该叶片相对于优化前,马赫数分布更加合理,总压恢复系数也有了很明显的提
高。
在此基础上,本文利用这些技术以作为开发平台,采用目前最新的
软件设计思想一一模块化设计及设计模式,独立研究开发出一套叶片智能优
化设计软件,同时实现了在环境中对三维叶片的渲染仿真过程通过对多
个发动机压气机叶片的优化设计应用,表明该软件具有良好的工程实用价值和可
靠性。
本文研究开发的软件各个功能模块实用性好,功能比较完备,接口简单,专
业性强,具有一定的继承性和后续发展潜力,只要通过不断的深入开发研究将使
之能够成为叶轮机叶型优化设计的有力辅助工具。
【关键词】
非均匀有理样条叶片权因子
优化渲染仿真软件开发
西北工业大学硕士学位论文
加
叩
西北工业大学硕士学位论文
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西北工业大学硕士学位论文
第一章绪论
叶片设计与优化的重要性
航空发动机以下简称发动机作为飞机的心脏,在飞机的设计过程中占有
很重要的地位〔‘〕。随着现代航空工业的高速发展,以及发动机在巡航导弹中的广
泛应用,对发动机提出了更高的要求。要求设计的发动机具有高推重比、高效率、
大流量、低油耗和宽稳定工作范围。作为现代发动机核心部件之一的轴流压气机,
其设计需满足下列要求较少的级数、高压比、高流通能力和低损失【。要实现
上述目的,从气动设计方面来考虑,就必须提高压气机单级的做功能力和压比。
因此,相应地应该提高压气机的来流轴向速度和切向速度转子的旋转速度。
当代先进的高性能轴流压气机前几级无一例外设计成超音级或跨音级。在影响压
气机性能的各项因素中,压气机十片的几何形状以及其对应的气动性能对压气机
的整体性能起着非常关键的作用,所以设计出好的压气机叶片是非常重要的。
在二战以后,出现了超音速飞机,为了适应超音速飞行的需要,便开始了
对超、跨音速压气机的研究。其中包括超音速内流机理的研究,结构的改进和适
应超、跨音速流动叶片的研究等。其中,超、跨音速压气机叶片的研究一直占据
着十分重要的地位【
随着超音速流动的出现,便伴随着激波的产生,激波附面层的相互作用,引
起流动损失的急剧增加,效率的骤然下降。有统计数据表明,压气机的效率提高
一个百分点,可使压气机的耗油率下降一个百分点。从结构重量来说,叶片的重
量减少克,压气机的重量减轻克,发动机重量减轻千克,飞机的重量
减轻千克。因此,压气机叶片设计的好坏,直接决定着压气机的性能
参数,如效率、压比、重量等。特别是超、跨音速进口条件时,激波损失占总
损失的左右〔习,叶片设计成功与否,直接决定着超、跨音速压气机的性能。
因此,在对超音速流动机理认识的基础上,进一步深入研究超、跨音速高性能叶
片设计技术,尤其是激波的组织结构与叶片设计参数的合理配置己成为设计高性
能超、跨音速压气机的关键。
目前在流体机械的优化设计中应用的优化方法主要包括最优控制论方法、
西北工业大学硕士学位论文
第一章绪论
叶片设计与优化的重要性
航空发动机以下简称发动机作为飞机的心脏,在飞机的设计过程中占有
很重要的地位〔‘〕。随着现代航空工业的高速发展,以及发动机在巡航导弹中的广
泛应用,对发动机提出了更高的要求。要求设计的发动机具有高推重比、高效率、
大流量、低油耗和宽稳定工作范围。作为现代发动机核心部件之一的轴流压气机,
其设计需满足下列要求较少的级数、高压比、高流通能力和低损失【。要实现
上述目的,从气动