基于机器学习方法的压气机落后角与总压损失预测代理模型

为了提高压气机特性预测的精度,基于机器学习方法构建预测落后角与总压损失的代理模型。以一台两级压气机为研究对象,基于多个转速工况下的流场实验数据和叶片几何参数建立了基元叶型数据库。通过灵敏度分析方法筛选出对落后角和总压损失影响最大的输入参数,分别采用高斯过程回归和人工神经网络两种机器学习算法建立落后角与总压损失模型,并引入贝叶斯优化算法搜索最佳模型超参数。对于人工神经网络面临的优化问题和泛化问题,调整模型学习率和修正参数梯度以加速收敛,同时采用正则化方法增强模型泛化能力。模型训练过程采用交叉验证策略以降低过拟合风险,并将优化后的代理模型整合到通流程序中对压气机进行特性预测验证。对比表明,低转速工况代理模型的压比特性预测误差显著低于经验模型,其中人工神经网络建模改善最明显,相比经验模型预测误差降低了0.1。通过代理模型横向对比,基于人工神经网络建立的代理模型比基于高斯过程的代理模型预测精度更高且鲁棒性更强。      

流线曲率法在多级跨声速轴流压气机特性预测中的应用

为研究多级跨声速压气机的分析问题,以通流理论为基础,采用了一系列适用于跨声速压气机的攻角、落后角和损失等经验模型,发展了一套基于流线曲率法的通流计算程序来预测跨声速压气机流场及其工作特性。为提高经验模型的预测精度,考虑到真实压气机中复杂的三维流动效应,针对部分早期模型进行了合理改进,包括改进了落后角模型使其适用于更大弯度范围叶型,以及采用一种更为合理的可变结构激波损失预测模型。针对两台跨声速压气机算例进行了计算校验,并将校验结果与实验值和三维数值计算进行对比。对比表明,设计工况下总压比最大计算误差为4.1%,效率误差为1.1%,在非设计工况特性预测和展向流场参数计算中也能得到和实验值相符的变化趋势,该通流计算方法可为现代跨声速轴流多级压气机特性分析提供具有参考价值的预测结果。     

多级轴流压气机二维性能预测方法

为了满足多级轴流压气机性能预估需求,在一个流线曲率程序基础上开展了经验、半经验关系式研究。通过对文献中的损失模型进行校验及融合,建立了相匹配的损失计算模块,并改进了端壁损失计算方法;研究了利用S₁流面计算修正S₂正问题的方法,解决了基于传统平面叶栅试验数据的攻角、落后角模型与先进技术叶型之间不匹配的问题,继而发展出了一个高精度的S₂正问题计算方法。为了验证计算方法,利用3个不同负荷水平的、经试验验证的多级压气机进行了校验计算。对比表明,发展的程序对多级压气机具有很高的计算精度和稳定性,可用于多级轴流压气机性能分析。     

跨声速轴流压气机特性预测的损失模型研究

基于公开发表的研究成果,完善了1种新的跨声速轴流压气机总压损失及落后角预测模型,并发展了相应的跨声速轴流压气机非设计性能分析方法,建立了相应的计算机模拟程序。对2个跨声速轴流压气机的设计及非设计性能进行了数值模拟,对所得计算结果与试验结果的比较表明,本模型与分析方法能够应用于工程计算。     

多级轴流压气机二次流和落后角计算

在含完全径向掺混作用多级轴流压气机子午二维流场计算基础上 ,基于 Adkins- Smith二次流模型 ,发展了能计算各个叶片排出口截面上二次流以及相应的落后角计算方法。二次流包括通道涡、尾涡、叶顶间隙漏泄涡、静叶端部带冠叶片间隙漏泄流和叶片边界层及其尾迹中的径向位移速度。由于得出了二次流场的解析解 ,使得实际计算简单而迅速。在离设计工况不远以及无大分离泡出现情况下 ,所得二次流场的几种大尺度涡场与试验大体一致 ,落后角计算与试验相符。     

跨声速多级轴流压气机特性预估及分析

为了研究跨声速轴流压气机的性能分析问题,采用流线曲率法结合损失落后角模型,发展了一种利用反问题方程求解正问题的数值方法。在NASA低速平面叶栅试验数据的基础上考虑三维效应的修正,根据激波结构随工况的变化发展了一种新的激波损失计算方法,整理了一套适合跨声速轴流压气机的损失落后角模型。对两级跨声速轴流风扇进行了数值模拟研究,进行了设计工况的校核计算和全工况特性预测,并将计算结果与NASA试验值进行了比较分析。结果显示,设计点计算误差在1.1%以下,非设计点也能得到与试验值吻合的趋势,表明所建立的方法和模型可以有效地对跨声速多级轴流压气机进行全工况特性预测。     

跨音轴流压气机设计中落后角的确定

对轴流压气机设计中落后角的选取作了分析, 并对影响落后角的气动和几何因素进行了讨论。通过归纳总结, 提出了一个新的落后角估算公式, 通过对压气机轴流级的验算表明, 该公式能较准确地确定落后角的分布规律。      

神经网络模型在压气机通流特性分析中的应用

为了解决通流特性分析程序中原始模型对压气机性能预测精度不足的问题,提高压气机通流特性分析过程的可靠性,基于对大量多圆弧叶栅的数值模拟结果建立了压气机叶栅性能数据库,并以该数据库为依托,采用神经网络建模方法建立了压气机叶栅基准损失系数和基准落后角模型。结果显示:两模型对叶栅基准损失系数和基准落后角的预测精度均满足工程应用要求,其精度分别为±0.002和±1°。在对采用神经网络模型的通流特性分析程序校验过程中发现,其无论对压气机整机性能还是对流动细节的预测精度上都获得了显著提高,尤其是在主流区。此外从压气机整体特性上看,基准损失系数和基准落后角精度的提高对非设计工况损失系数和落后角的预测精度影响是积极的。      

一种跨声速轴流压气机性能预测的数值方法

采用二维流线曲率法数学方法,考虑到不同因素对落后角和损失的影响,发展了一种适应于跨声速轴流压气机的落后角和损失模型.对轴流跨声速压气机NASA(National Aeronautics and Space Administration)Stage 37进行了数值计算,得到了设计点与非设计点的特性曲线,并与试验数据进行了对比和分析,结果表明:该方法能够较好地预测跨声速轴流压气机特性以及沿径向的气动参数分布,可为压气机设计和优化提供参考.     

基于一维模型的跨声速轴流压气机特性预测研究

为发展一套对于现如今多级跨声速轴流压气机特性预测较为精准、快捷的计算程序,选取了合适的压气机参考攻角模型,建立了适用于双圆弧大弯角叶型的设计点/非设计点落后角模型.采用某套大弯角平面叶栅在多个工况下的实验数据对新建立的落后角模型进行校验,并将攻角、落后角模型嵌入到HARIKA算法中,实现对HARIKA算法原模型的替换,...     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低,其损失显著增大、效率显著降低。应用实验分析与数值模拟相结合的方法,深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律,数值计算是基于Jame son中心差分和Runge Kutta时间推进的N S方程计算的有限体积方法。研究表明,随着雷诺数降低,涡轮叶栅流动损失增大,当雷诺数小于42000之后,涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下,涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离,这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

借用优化概念构造多级轴流压气机流场诊断方法

提出一种诊断方法, 只要测量了多级轴流压气机的进出口流场及外端壁若干个静压值, 在不依赖于任何叶片排的冲角和落后角以及计算站的堵塞因子的经验系数或模型的情况下, 就能够诊断出多级轴流压气机的重要部位流场参数的径向分布。方法本身不受设计工况和非设计工况的限制。      

Towards sparse sensor annotations: Uncertaintybased active transfer learning for airfoil flow field prediction

Deep learning has been widely applied in surrogate modeling for airfoil flow field prediction. The success of deep learning relies heavily on large-scale, high-quality labeled samples. However, acquiring labeled samples with complete annotations is prohibitively expensive, and the available annotations in practical engineering are often sparse due to limited observation. To leverage samples with sparse annotations, this paper proposes an uncertainty-based active transfer learning method. The most valuable positions in the flow field are selected based on uncertainty for annotation, effectively improving prediction accuracy and reducing annotation costs. Our method involves a novel active annotation based on synchronous quantile regression, which can mitigate the computational cost of query annotation. Besides, a novel quantile levels-based consistency regularization is proposed to constrain the remaining unlabeled regions and further improve the model performance. Experiments show that our method can significantly reduce prediction errors with only1% extra annotations, and is a promising tool for achieving rapid and accurate flow field prediction.     

基于旋转爆震三维流场结构分析的计算模型对比研究

为了研究不同计算模型对三维旋转爆震数值模拟的影响,分别基于Euler方程、N-S方程、RANS方法和IDDES方法并结合滑移、无滑移壁面边界条件,耦合氢气/空气的有限化学反应速率模型(7组分8基元反应),采用高分辨率的五阶有限差分格式WENO-PPM5离散对流项,对圆环筒型燃烧室内的三维旋转爆震波进行数值模拟,得到了不...     

跨声速轴流压气机特性计算用激波损失模型

基于实验结果,发展了一种适用于跨声速叶型的新激波损失模型,该模型考虑了压气机工作状态从堵塞点向喘振点变化时激波系结构的变化。将新激波损失模型应用于某两级跨声速轴流压气机特性预测中,计算与实验结果的比较表明,在跨声速轴流压气机非设计点性能预测中,该模型能够给出更为准确的结果,对于效率曲线的改进尤为明显,并且激波损失系数在全工况下的变化规律更加合理,这表明新激波损失模型能够准确地反映出跨声速压气机内部的流动机理和激波损失大小。     

大型民用飞机模型Ф5m立式风洞尾旋特性试验研究

为了研究某常规布局(大展弦比、后掠翼、翼吊式发动机)大型民用飞机的尾旋特性,制作了一个满足动力相似准则的无动力缩比模型,在Ф5m立式(尾旋)风洞中首次进行了大型民用飞机模型在不同构型、不同重心位置、不同重量、模拟不同飞行高度条件下的尾旋研究试验。试验结果表明,这架飞机的尾旋特性良好,模型在尾旋运动中比较稳定,旋转方向不发生改变,且旋转速度较慢。采用反舵(到底)推杆(到底)法可以满足所有状态下的尾旋改出,模型最快能够在不超过1/2圈或1s中改出。此种改出方法操作简便,是一种适合于大型民用飞机的尾旋改出方法。通过反尾旋伞试验确定了最佳的反尾旋伞参数。     

三级旋流燃烧室流动和点火过程中火焰传播特性

为了研究三级旋流燃烧室的流动以及预燃级非预混燃烧特性,设计了三级旋流燃烧室试验结构方案与光学非接触测量方案,研究了总压损失与当量比对三级旋流燃烧室流动特性及火焰结构的作用和点火过程中火焰特征结构与特征时间的影响规律.研究结果表明:总压损失对燃烧室内热态流场结构无影响,其主要改变具体的速度值大小;在头部高速射流区存在内、...     

突扩后突缩的三维流场计算

根据有关固体火箭发动机装药后端到喷管间的空间特征,对三维突扩后突缩内部流场计算进行了探索和研究。计算中成功地应用了SIMPLE算法解决复杂的三维流场计算问题,并在初场构成、源项离散及松弛系数的选取等方面都进行了调试改进。通过建立计算模型、划分网格、对方程及边界条件离散化和非线性处理,以及线性方程组求解等,计算得到了符合物理规律的数值解,指出了空间涡及二次涡的存在。     

有限元三维网格自动生成

讨论了为提高有限元法求解流动问题的精度和效率而寻求自动生成三维网格的方法。给出了利用代数变换、输入极少量区域边界数据即可插值生成三维网格的方法。最后举出了自动生成三维网格的例子。