(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 202211205461.3 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 刘北英　刘基盛　杨文明　钱凌云　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优 化方法及装置 (57)摘要 本发明公开了基于FFD的离心叶轮多工况局 部构型气动优化方法及装置， 涉及离心压气机叶 轮的气动设计技术领域。 包括： 获取离心压气机 的叶轮几何构型； 将叶轮几何构型输入到构建好 的基于自由曲面变形FFD的气动优化模型； 基于 叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型， 得 到离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型。 本发明能够有效降低搜索设计空间的盲目性， 高 效求解绝热效率最大值， 实现寻优 过程中缩小设 计空间、 提高优化效率及形性优化控制的多重目 的， 能够提高离心叶轮多工况的气动综合 性能。 权利要求书2页 说明书11页 附图7页 CN 115481511 A 2022.12.16 CN 115481511 A 1.一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化方法， 其特征在于， 所述方法包 括： S1、 获取离心压气机的叶轮几何构型； S2、 将所述叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形 FFD的气动优化模型； S3、 基于所述叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型， 得到所述离心压气机叶轮的 多工况最优局部几何构型。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S3 中的基于所述叶轮几何构型以及基 于FFD的气动优化模型， 得到所述离心压气机叶轮的多工况最优局部几何构型包括： S31、 基于所述叶轮几何构型， 构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型； S32、 采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据； S33、 基于所述叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据， 得到新的叶轮几 何构型； S34、 基于所述叶轮几何构型生成的网格模板文件， 对所述新的叶轮几何构型进行网格 划分， 得到新的叶轮网格模型； S35、 对所述 新的叶轮网格模型进行 数值计算， 得到叶轮的多工况气动性能参数； S36、 设定离心压气机叶轮多工况气动优化流程的目标函数和约束条件， 并根据所述多 工况气动性能参数， 得到F FD控制框架上控制顶点的最优解； S37、 判断是否达到预设结束条件； 若达到， 则根据所述最优解得到离心压气机叶轮的 多工况最优局部几何构型； 若未达 到， 则更新样本数据， 转去执 行步骤S3 3。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S31中的基于所述叶轮几何构型， 构建 叶轮几何构型与空间控制体的映射模型包括： 基于所述叶轮几何构型以及B样条基函数的FFD方法， 构建叶轮几何构型与空间控制网 格的映射模型。 4.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S31中的叶轮几何构型与空间控制体 的映射模型的数 学表达式如下式(1)所示： 式中， 为叶片表面坐标， 为FFD控制框架上的控制顶点； (s,t,u)为 在控 制框架内的局部坐标； i,j,k为FFD控制框架三个方 向的标号； l,m,n为FFD控制框架在三个 方向上的划分数； Ni,d(s)， Nj,e(t)， Nk,f(u)分别对应于d,e,f阶的B样条基函数。 5.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S32中的采用拉丁超立方抽样方法初 始化样本数据包括： S321、 分别获取叶轮的多个局部几何区域对叶轮气动性能的影响效果； S322、 根据所述影响效果对所述多个局部几何区域进行排序； S323、 获取前预设个数的局部几何区域， 对所述局部几何区域进行布局设计变量和设权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481511 A 2计空间， 并采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据。 6.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S33中的基于所述叶轮几何构型与空 间控制体的映射模型以及样本数据， 得到新的叶轮几何构型包括： S331、 基于所述叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据， 求解叶轮几何 构型与空间控制体的映射模型的非线性方程组的局部坐标； S332、 根据所述局部坐标 得到叶轮的表面变化 量； S333、 根据所述叶轮的表面变化 量得到新的叶轮几何构型。 7.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S35中的对所述新的叶轮网格模型进 行数值计算， 得到叶轮的多工况气动性能参数包括： S351、 对所述 新的叶轮网格模型进行 数值计算， 得到 离心压气机叶轮的稳态流场； S352、 基于所述稳态流场， 得到叶轮的多工况气动性能参数。 8.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述S37中的更新样本数据的过程包括： S371、 对父代样本数据进行二元锦标赛、 二进制交叉和多项式变异， 得到子代样本数 据； S372、 基于所述父代样本数据、 子代样本数据以及快速非支配排序的进化算法， 得到划 分后的样本数据； S373、 基于所述划分后的样本数据以及空间密度算子模型排序方法， 得到更新后的父 代样本数据。 9.一种基于FFD的离心叶轮多工况局部构型气动优化装置， 其特征在于， 所述装置包 括： 获取模块， 用于获取离心压气机的叶轮几何构型； 输入模块， 用于将所述叶轮几何构型输入到构建好的基于自由曲面变形FFD的气动优 化模型； 输出模块， 用于基于所述叶轮几何构型以及基于FFD的气动优化模型， 得到所述离心压 气机叶轮的多工况最优局部几何构型。 10.根据权利要求9所述的装置， 其特 征在于， 输出模块， 进一 步用于： S31、 基于所述叶轮几何构型， 构建叶轮几何构型与空间控制体的映射模型； S32、 采用拉丁超立方抽样方法初始化样本数据； S33、 基于所述叶轮几何构型与空间控制体的映射模型以及样本数据， 得到新的叶轮几 何构型； S34、 基于所述叶轮几何构型生成的网格模板文件， 对所述新的叶轮几何构型进行网格 划分， 得到新的叶轮网格模型； S35、 对所述 新的叶轮网格模型进行 数值计算， 得到叶轮的多工况气动性能参数； S36、 设定离心压气机叶轮多工况气动优化流程的目标函数和约束条件， 并根据所述多 工况气动性能参数， 得到F FD控制框架上控制顶点的最优解； S37、 判断是否达到预设结束条件； 若达到， 则根据所述最优解得到离心压气机叶轮的 多工况最优局部几何构型； 若未达 到， 则更新样本数据， 转去执 行步骤S3 3。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481511 A 3