(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210796604.6 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 李赫飞　姜斌　郑群　 (74)专利代理 机构 四川省方圆智云知识产权代 理事务所(普通 合伙) 51368 专利代理师 王悦 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于三维数据缩放的轴流压气机通流 设计方法 (57)摘要 本发明提供一种基于三维数据缩放的轴流 压气机通流设计方法： 包括(1)初始设计； (2)初 始二维通流设计求解； (3)基于三维数据的参数 缩放； (4)基于缩放数据的二维通流设计； (5)通 过缩放设计实现步骤(3) ‑(4)的迭代， 以获得最 终的二维通流设计方案。 本发明使用跨维度缩放 的方法来实现轴流压气机端区的精细化造型和 性能预测， 在保证 设计质量的同时缩短轴流压气 机的设计周 期； 将高维度数据向低维度传递， 可 以提高低维度压气机设计的精细化程度继而提 升轴流压气机设计或轴流压气机性能预测的准 确度， 使初期低维度流场计算更符合三维计算结 果， 使设计得到的压气机具有更好的气动性能。 权利要求书1页 说明书5页 附图12页 CN 115169039 A 2022.10.11 CN 115169039 A 1.一种基于三维数据缩放的轴流压气机通 流设计方法， 其特 征是， 包括以下步骤： (1)初始设计： 首先基于一维反问题计算所得到的中径位置参数进行多级轴流压气机 二维通流设计中的展向扭曲规律设计， 并依据所选取 的扭曲规律求解径向平衡方程， 得到 各级进口预旋分布； (2)初始二维通流设计求解： 同样以一维反问题设计结果作为依据， 给定动叶效率与静 叶总压恢复系 数沿径向的恒定分布， 采用流线曲率法进行反问题求解， 计算多级压气机动 静叶排沿展向的气动参数分布， 从而得到初始二维通 流设计方案； (3)基于三维数据的参数缩放： 基于二维通流设计方案进行叶片造型以及多级轴流压 气机的三维数值模拟， 并将三 维流场结果进 行周向平均， 得到周向平均后压气 机气动参数， 为动叶效率以及静叶总压恢复系数即代表流动损失的参数沿径向的分布， 通过数值 维度缩 放， 将三维数据返回至二维通 流设计中的展向损失参数中； (4)基于缩放数据的二维通流设计： 使用三维缩放数据替代初始展向损失设计参数， 重 新采用流线曲率法进 行反问题求解， 计算得到缩放后的多级压气 机动静叶排展向气动参数 分布； (5)通过缩放设计实现步骤(3) ‑(4)的迭代， 直至前后 两次二维通流设计中的输入参数 基本吻合， 动叶效率数值相差在0.2％以内， 即获得最终的二维通 流设计方案 。 2.根据权利要求所述的一种基于三维数据缩放的轴流压气机通流设计方法， 其特征 是： 步骤(3)中， 叶片造型通过给定各叶片攻角落后角来确定， 而落后角的确定是通过基于 二维设计结果的落后角经验 模型经过修正计算得到 。 3.根据权利要求所述的一种基于三维数据缩放的轴流压气机通流设计方法， 其特征 是： 步骤(3)， 采用的方法为通过对三 维结果进行周向平均， 从而实现数据的降维， 而周向平 均后的各列动静叶损失参数通过动叶效率及静叶总压恢复系数来体现， 完成从三 维流场中 提取二维展向损失设计参数的目的， 具体方法如下： 根据各列叶片进出口总压、 总温以及密流， 计算出动叶效率以及静叶总压恢复系数沿 径向的分布； 但对三维结果中由于粘性边界层造成的损失部分进行剔除处理； 粘性边界层 的提取位置由各列叶片流动损失参数在端区出现的极大值位置来对各列叶片的粘性边界 层位置进行确定； 确定好需要剔除的粘性端区位置后， 对主流核心区的参数进行等比例插值， 等间隔选 取12个参数即代表二 维通流设计的输入参数， 此时二 维通流设计中的展向损失参数即为包 含了各种流动损失的真实参数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115169039 A 2一种基于三维数据缩放的轴流压气机通流设计方 法 技术领域 [0001]本发明具体涉及一种基于三维数据缩放的轴流压气机通流设计方法， 应用于燃气 轮机轴流压气机的气动设计领域中。 背景技术 [0002]自提出多级轴流压气机的概念起， 科研人员就对轴流压气机及 其设计方法展开了 研究。 特别是在近七十年的飞行器及航空发动机发展的带动下， 作为核心部件的轴流压气 机设计技术取得了巨大的成功。 随着燃气 轮机不断向大功 率、 大流量和高压比发展， 作为重 要部件之一的轴流压气 机越发需要更先进和更精细化的设计方法， 但是随着轴流压气 机性 能指标的要求不断攀升， 传统轴流压气机设计技术也面临着巨大 的挑战。 轴流压气机设计 离不开数值仿真技术， 研究表明， 仿真技术的应用可以减少 研制经费并减少三分之一以上 的研制周期。 [0003]现代化轴流压气机设计的数值仿真技术主要包括一维、 二维、 准三维和三维设计。 理论上， 全三维设计是调整最少、 设计最准确的设计方式， 但是由于计算资源、 设计周期和 数值计算发展水平等客观因素 的限制， 从设计初期使用三维计算进行设计很难实现， 仍需 要从低维度开始设计。 传统的一 维、 二维、 准三 维再到三 维造型和三维流场数值仿 真的设计 方法不仅需要设计者有丰富的设计经验， 还需要花费大量的设计时间进 行参数调整和三 维 流场数值模拟计算， 归结其原因就是设计初期并未充分考虑三维流动损失， 使得不同设计 阶段的流场匹配不佳， 从而需要反复调整叶片， 并且三维流场数值仿真阶段在设计过程中 占比较大， 导致设计周期较长。 因此， 需要使用新的设计方法来 实现在设计过程中对于三 维 流动损失的考虑， 提高设计效率， 缩短 设计周期。 发明内容 [0004]本发明目的是在于提供解决轴流压气机二维通流设计中的展向流动损失计算问 题的一种基于三维数据缩放的轴流压气机通 流设计方法。 [0005]本发明的技 术方案如下： [0006]本发明一种基于三维数据缩放的轴流压气机通 流设计方法： [0007](1)初始设计： 首先基于一维反问题计算所得到的中径位置参数进行多级轴流压 气机二维通流设计中的展向扭曲规律设计， 并依据所选取 的扭曲规律求解径向平衡方程， 得到各级 进口预旋分布； [0008](2)初始二维通流设计求解： 同样以一维反问题设计结果作为依据， 给定动叶效率 与静叶总压恢复系 数沿径向的恒定分布， 采用流线曲率法进行反问题求解， 计算多级压气 机动静叶排沿展向的气动参数分布， 从而得到初始二维通 流设计方案； [0009](3)基于三维数据的参数缩放： 基于二维通流设计方案进行 叶片造型以及多级轴 流压气机的三维数值模拟， 并将三维流场结果进行周向平均， 得到周向平均后压气机气动 参数主要 是动叶效率以及静叶总压恢复系数即代表流动损失的参数沿径向的分布， 通过数说　明　书 1/5 页 3 CN 115169039 A 3