A surface parametric control and global optimization method for axial flow compressor blades

An aerodynamic optimization method for axial flow compressor blades available for engineering is developed in this paper. Bezier surface is adopted as parameterization method to control the suction surface of the blades, which brings the following advantages:(A) significantly reducing design variables;(B) easy to ensure the mechanical strength of rotating blades;(C) better physical understanding;(D) easy to achieve smooth surface. The Improved Artificial Bee Colony(IABC) algorithm, which significantly increases the convergence speed and global optimization ability, is adopted to find the optimal result. A new engineering optimization tool is constructed by combining the surface parametric control method, the IABC algorithm, with a verified Computational Fluid Dynamics(CFD) simulation method, and it has been successfully applied in the aerodynamic optimization for a single-row transonic rotor(Rotor 37) and a single-stage transonic axialflow compressor(Stage 35). With the constraint that the relative change in the flow rate is less than0.5% and the total pressure ratio does not decrease, within the acceptable time in engineering, the adiabatic efficiency of Rotor 37 at design point increases by 1.02%, while its surge margin 0.84%,and the adiabatic efficiency of Stage 35 0.54%, while its surge margin 1.11% after optimization, to verify the effectiveness and potential in engineering of this new tool for optimization of axial compressor blade.     

基于收扩叶型的涡轮叶片参数化造型方法与分析

研究了适用于对转涡轮的一种十二参数法涡轮叶型造型方法的原理、步骤、特点,采用Fortran程序编写了在参数化造型基础上的涡轮造型设计程序.应用该程序设计完成一级对转涡轮高压级涡轮叶片.并对其进行三维CFD性能验算,结果表明该设计程序能够应用于对转涡轮所需的收敛-扩散叶型的造型,为收扩叶型的造型提供了一种工程上可行的方法.     

连续推力机动轨道优化设计的贝塞尔曲线法

提出一种基于贝塞尔曲线的平面机动轨道设计方法。该方法将贝塞尔曲线方程与轨道形状方程相结合，利用得到的复合函数作为轨道方程来对机动轨道进行数学描述；通过约束条件获得可行的机动轨道族，由控制点设计给出具体的优化变量，将累积速度增量作为优化指标函数；并利用优化算法完成参数优化，从而得到最优机动轨道。最后针对设计的机动轨道推力峰值较大的问题，进一步提出了分段贝塞尔曲线法，在降低推力峰值的同时，可进一步降低燃料消耗，并在平面机动转移轨道设计的基础上，通过梯度下降对自由控制点进行修正，解决了考虑时间约束的平面轨道交会问题。     

有理Bézier曲线的权因子计算

给出了有理Bézier曲线形状作定量修改时的权因子的计算公式,并且证明了权因子选取的唯一性。     

三维弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和最优性受搜索算法、初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的三维弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量造型变量的有理Bezier曲线形成待优化三维造型弹道,采用逆动力学方法计算造型弹道倾角、弹道角速度和法向加速度等,结合弹道其它动力学方程和约束计算造型弹道性能指标,通过对弹道造型变量寻优得到最优弹道。这种方法将无限维弹道优化问题转换为对很少造型变量的参数优化问题, 而且得到的最优弹道完全光滑可飞。与间接法相比,无需求解两点边值问题使用方便、鲁棒性强;与直接法相比,不需要对动力学方程离散化、寻优变量少、求解收敛性好,而且解的全局最优性和光滑性更高。仿真结果及与自适应伪谱法的比较校验了方法的实用性和有效性。     

关于有理Bézier曲面片的几何连续拼接问题

本文深入研究了有理Bézier曲面片的几何连续拼接问题,给出了GC~1拼接条件的显式表示和判断两曲面片GC~1拼接状况的判定条件。用此条件可编写一简单程序,通过输入两曲面片的控制顶点及权因子,便可以“YES”或“NO”的输出回答两曲面片的拼接是否为GC~1连续。在非GC~1拼接时,可对称地修改两曲面片使其GC~1拼接。最后,本文给出了几种CAD/CAM工程中实用的充分条件。     

有理Bézier曲线的全正性与形状调控

本文证明了有理Bézier曲线的全正性,并由此推出有向角性质与变差减缩性质,还提出了对曲线形状进行调整与控制的几种方法。     

基于边界涡量流的二维叶型优化建模与求解

针对二维叶片整体造型优化问题,提出一种基于边界涡量流的二维叶型优化模型,并对该模型进行求解。建立以含参数的Bezier曲线定义的二维叶型型线为边界、以边界涡量流正峰值的最小化为目标函数的优化模型,通过分析边界涡量流的生成机制,把叶型型线边界信息代入边界涡量流中,将边界涡量流用叶型型线参数和型线上的气动参数表示,进而获得新的目标函数表达式。该目标函数表达式可直接对叶型型线参数求导,仅使用简单的定步长梯度算法即可对优化模型求解。结果表明:优化后的叶型型线上的边界涡量流的正峰值显著降低。     

四边Bézier曲面与三角B-B曲面的光滑拼接

 <正> 三角B-B曲面具有许多类似于四边B（?）zier曲面的性质,如果将二者结合使用,则可以处理比较复杂的问题,有重要的实用意义。最近,刘鼎元教授给出了四边B（?）zier曲面片G¹拼接的充分必要条件,并给出了G^拼接的两个充分条件:简单连接条件和升阶连接条件。本文将升阶连接条件用于四边B（?）zier曲面和三角B-B曲面的G¹拼接。结合使用简单连接条件,解决了在一般G¹连续的四边B（?）zier曲面中嵌入G¹连续的三角B-B曲面片的问题。     

一种适合于工程应用的准C~1连续Bézier三角曲面及其构造方法

本文比较系统地讨论了Clough-Tocher三角形分割模型在Bézier三角曲面设计中的作用。并从工程应用的角度提出了一种以Clough-Tocher分割为基础,旨在原三角形区域上构造9参数Bézier三角曲面的新方法。这种新的9参数插值不仅能够消除Clough-Tother分割产生的畸变插值区域对插值曲面品质的影响,还能够有效地减轻一般9参数三次Bézier三角曲面片之间的尖端连接。本文将从工程应用的角度把这种插值曲面称为准C~1连续的9参数Bézier三角曲面。在一些实际应用中,这种准C~1连续的插值曲面对3D离散数据的拟合效果是令人满意的。