采用样条曲面非轴对称端壁成型的高压涡轮动叶气动优化

摘要

为了提升高负荷涡轮级的气动效率，发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础，结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法，建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台，并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象，以效率为优化目标，以流量为约束条件，在级环境和发动机工况下开展了非轴对称端壁优化设计。结果表明：优化设计后的涡轮动叶相对于参考设计，涡轮级的总总效率提升0.26%;非轴对称端壁造型改变了动叶下端壁附近的压力分布，动叶吸力面侧压力系数相对于参考设计显著提升，这降低了动叶叶片通道内的横向压力梯度，抑制了通道中的二次流动；非轴对称端壁造型改变了叶片通道中的涡系结构，相对于参考设计，非轴对称端壁造型使得马蹄涡压力面分支在叶片通道内部沿着叶片压力面迁移，在靠近通道出口的位置才汇入通道涡，这削弱了通道涡的强度，进而降低了气动损失，提高了涡轮级效率。

关键词

高压涡轮 / 非轴对称端壁 / 气动性能 / 优化设计

基金资助

国家科技重大专项资助项目(2019-Ⅱ-0008-0028)