压气机叶片优化设计软件研发

第１期２０１９年１月组合机床与自动化加工技术ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＮｏ.１Ｊａｎ.２０１９文章编号:１００１－２２６５(２０１９)０１－００４０－０６㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１３４６２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｍｍｔａｍｔ.２０１９.０１.０１２收稿日期:２０１８－０３－２２ꎻ修回日期:２０１８－０４－１８㊀∗基金项目:国家重点研发计划 高性能计算 重点专项(２０１７ＹＦＢ０２０２１０１)作者简介:黄尚坤(１９９３ )ꎬ男ꎬ河南南阳人ꎬ西南科技大学硕士研究生ꎬ研究方向为ＣＦＤ应用研究ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｃａｅｓａｒｈｓｋａｎｎｅ＠１６３.ｃｏｍꎻ通讯作者:肖素梅(１９６６ )ꎬ女ꎬ河北翼州人ꎬ西南科技大学教授ꎬ博士ꎬ研究方向为机电控制ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｗｉｌｌｉａｍｋｗｙａｔｔ＠１６３.ｃｏｍꎮ压气机叶片优化设计软件研发∗黄尚坤１ꎬ肖素梅１ꎬ庞宇飞２ꎬ李㊀扬１ꎬ卢风顺２(１.西南科技大学制造科学与工程学院ꎬ四川绵阳㊀６２１０１０ꎻ２.中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所ꎬ四川绵阳㊀６２１０００)摘要:结合用户需求和发展趋势ꎬ设计了一种全新的航空发动机压气机叶片优化设计软件ꎻ基于数模参数化生成的方法ꎬ实现了航空发动机压气机叶片叶型造型参数化ꎬ软件以遗传算法为基础ꎬ对航空发动机压气机叶片进行了优化设计性能仿真ꎻ性能仿真结果以图㊁表等多种方式直观表达ꎬ结果保存于数据库ꎬ增强了数据安全性ꎬ完整性ꎻ可视化界面及支撑数据库ꎬ提高了软件的易用性和人机交互性ꎮ经过各方验证仿真优化设计结果稳定准确ꎬ表明所研发软件高效可用ꎮ关键词:压气机叶片ꎻ参数化ꎻ遗传算法中图分类号:ＴＨ１６２ꎻＴＧ５０６㊀㊀㊀文献标识码:ＡＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＢｌａｄｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＳｏｆｔｗａｒｅＨＵＡＮＧＳｈａｎｇ￣ｋｕｎ１ꎬＸＩＡＯＳｕ￣ｍｅｉ１ꎬＰＡＮＧＹｕ￣ｆｅｉ２ꎬＬＩＹａｎｇ１ꎬＬＵＦｅｎｇ￣ｓｈｕｎ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＭｉａｎ￣ｙａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６２１０１０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒꎬＭｉａｎｙａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６２１０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｕｓｅｒｄｅｍａｎｄａｎｄｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬｗｅｄｅｓｉｇｎａｎｅｎｔｉｒｅｌｙｎｅｗｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｂｌａｄｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇꎬｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｐｒｏｆｉｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆａｎａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｂｌａｄｅｉｓｒｅａｌｉｚｅｄꎬｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓꎬｗｅｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｎａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｂｌａｄｅꎻＴｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎａｖａｒｉｅｔｙｏｆｗａｙｓｓｕｃｈａｓｄｉａｇｒａｍｓꎬｔａｂｌｅｓꎬｅｔｃ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｓａｖｅｄｉｎｔｈｅｄａｔａｂａｓｅꎬｉｎｔｈｉｓｗａｙꎬｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｄａｔａａｒｅｅｎｈａｎｃｅｄ.Ｖｉｓｕａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｄａｔａｂａｓｅｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｓａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｕｍａｎ￣ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎ￣ｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｒｅｓｔａｂｌｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙａｌｌｐａｒｔｉｅｓꎬｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｗｅｄｅｖｅｌｏｐｉｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄａｖａｉｌａｂｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｂｌａｄｅꎻｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎻｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ０㊀引言压气机作为航空发动机的核心部件之一ꎬ改善其性能对提高发动机性能有着十分重要的作用ꎮ实现这一目标有两种途径:第一种是进行巨额投资ꎬ进行一系列压气机实验ꎬ在实验基础上建立压气机设计系统ꎻ第二种是加大对压气机设计软件的投资力度ꎬ发展㊁引进ＣＦＤ技术ꎬ建立以三维Ｎ￣Ｓ为基础的压气机设计系统ꎮ由于财力问题和时间问题ꎬ第一种途径可行性较差ꎮ第二种方法靠理论技术的突破与进步使压气机设计水平有一个质的飞跃ꎮ它较少依赖试验数据和经验模型ꎬ对缺少经验的设计人员约束性较低ꎬ可行性较高[１￣３]ꎮ数十年的研究经验表明ꎬ在影响压气机性能的各项因素中ꎬ压气机叶片的几何形状及其气动性能对压气机的整体性能起着非常关键的作用ꎮ压气机叶片的设计与优化是压气机设计的重中之重ꎬ压气机叶片设计的好可以提高航空发动机的推重比㊁压比㊁效率并降低油耗ꎮ目前国外对于压气机叶片的研究具有一定的优势ꎬ比如商业软件ＮＵＭＥＣＡꎮ而国内主要是一些高校和科研院所从事相关研究ꎬ比如在此领域有深入研究的周正贵㊁汪光文等在他们的论文中出现了自己团队研制的压气机叶片设计与优化设计的软件界面[４￣５]ꎬ由于这些软件均属于内部使用软件ꎬ其核心内容难以获得ꎬ而现在迫切需要拥有一款具有自主知识产权的压气机叶片优化设计软件ꎮ因此需要自主开发出一款高效适用的压气机叶片优化设计软件ꎮ本文设计开发的航空发动机压气机叶片优化设计软件ꎬ核心内容及关键技术均为自主研发ꎬ与现有平台匹配性强ꎬ满足专业研究需求ꎬ后期易于维护优化ꎬ软件升级空间大ꎮ软件系统涉及众多相关计算模块的集成和管理ꎬ为航发压气机软件系统准确㊁高效㊁便捷设计和生成航发压气机数模提供基础能力保证ꎮ将模块相关学科有机集成起来ꎬ使得便捷㊁准确生成航发压气机成为可能ꎬ可为航发压气机设计㊁分析人员缩短研制周期ꎬ降低研制成本和风险ꎮ软件系统的成功研发ꎬ为航空发动机的研究工作提供了极大的帮助ꎬ增强了航空科研事业的竞争力ꎮ１㊀软件整体设计１.１㊀软件开发工具软件基于开发工具ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ使用Ｃ＋＋编程语言开发完成ꎬＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ作为一款优秀的开发工具ꎬ其所写的目标代码适用于微软支持的所有平台ꎬ本文所开发软件主要面向Ｗｉｎｄｏｗｓ系统ꎮ在软件开发过程中ꎬ面对不同需求及对应核心技术ꎬ使用自主研发㊁融合调控以及与其它成熟功能相结合的方式建立功能模块ꎮ完成实现后集成在中国空气动力研究与发展中心研发的航空发动机设计平台上ꎮ１.２㊀软件层次结构软件按照层次结构来进行划分ꎬ从上到下依次为:表现层㊁业务实现层㊁任务调度层㊁功能支撑层ꎮ直观表达如图１所示ꎮ图１㊀软件层次结构示意图２㊀软件组成模块压气机叶片优化设计系统主要包括了一维设计模块㊁通流设计模块㊁数模生成㊁网格生成㊁ＣＦＤ计算模块㊁优化模块㊁操作界面七个模块ꎮ其中优化流程如图２所示:由用户输入的一维设计参数计算ꎬ对计算结果进行分析ꎬ如果不合理需要进行一维结果优化ꎬ直到一维设计结果达到了最后要求ꎬ停止一维设计优化ꎮ将一维优化设计结果导入通流设计当中ꎬ然后用户可以根据具体的情况进行压气机机匣㊁轮毂以及叶片的前后沿修改㊁叶片最大厚度位置等设计条件的修改ꎮ修改完成后ꎬ进行通流设计对通流设计结果进行分析ꎬ如果不能满足设计条件ꎬ则需要进行优化设计ꎮ使用遗传算法进行优化ꎬ得到满足全局最优的设计参数最优值[６￣１０]ꎬ直到通流设计结果达到了设计要求ꎬ停止通流优化设计ꎮ导入通流设计结果ꎬ得到构造叶型的数据ꎬ使用叶型直接参数化方法进行叶型构造[１１￣１３]ꎮ通过对叶型进行流场数值计算可以判断叶型是否满足设计要求ꎬ假如不满足设计要求ꎬ则进行叶型的优化设计ꎬ直到叶型达到设计要求ꎬ停止叶型的优化设计ꎮ根据得到的压气机二维叶型ꎬ使用叶片参数化方法ꎬ将不同叶高处的叶型的同种类型的点采用ＮＵＲＢＳ曲线进行拟合(叶片多层参数化)得到压气机叶片[１４￣１７]ꎮ然后进行叶片的三维流场计算ꎬ并采用遗传算法进行优化ꎬ直到叶片达到设计要求ꎮ最后根据机匣和轮毂参数化方法以及通流计算结果构造压气机的机匣和轮毂数模ꎮ然后通过流场数值计算ꎬ进行线型的修改得到最终的机匣和轮毂数模ꎮ图２㊀软件内部逻辑关系２.１㊀一维设计模块航空发动机是一种强非线性㊁非定常㊁复杂的气动热力学系统ꎬ目前研究人员常用数值计算代替实验ꎬ可显著缩短开发周期ꎮ在一维发动机的数值仿真中ꎬ根据用户输入的各类数据ꎬ通过求解相关方程ꎬ确定气动参数沿各级的分布ꎮ在一维设计模块中ꎬ对输入参数进行计算并进行数据分析显示结果ꎬ如图３所示ꎮ此模块主要输入的是轴流压气机的相关设计参数ꎬ包括条件参数和设计要求ꎬ如轴流压气机的进口条件㊁增压比㊁空气流量㊁转子转速ꎬ某些流路总体尺寸数据ꎬ稳定裕度等ꎮ设计者可以选择设计模式㊁分析模式㊁设计加分析模式ꎬ对于设计加分析模式可帮助设计者根据分析结果进行修改参数ꎬ得到较好的一维设计结果ꎮ图３㊀一级压气机设计与分析结果２.２㊀通流设计模块目前压气机通流计算的主流算法是流线曲率法㊁通流矩阵方法和流函数有限元解法㊁时间推进方法等ꎮ其中流线曲率法可以考虑到叶片厚度等影响计算结果的因素ꎬ并可以在子午面上反映包含叶片内部流动的Ｓ２流面流场的计算ꎮ软件通流设计模块在一维设计模块计算结果的基础上结合流线曲率法进行机匣㊁轮毂㊁叶片外形的修１４ ２０１９年１月㊀㊀黄尚坤ꎬ等:压气机叶片优化设计软件研发改ꎬ并对叶片计算站上的环量㊁稠度㊁半径㊁落后角㊁扰度等参数进行修改ꎮ其中通流流道数据包含内涵道㊁外涵道ꎬ分流锥等数据ꎬ封装了读入的一维设计结果文件中的初始环量㊁初始速度㊁初始叶片位置㊁初始转子与静子间隙㊁初始参数分布等ꎬ通过生成通流网格ꎬ修改通流参数ꎬ进行通流设计等一系列功能ꎬ存储了后续数模生成操作所要的数据ꎬ通流设计结果的正确与否对数模生成的质量有至关重要的作用ꎮ如图４所示为修改前后沿形状和轮毂机匣外形的结果ꎮ其中还未更改叶片上计算站的环量㊁效率等值ꎬ如果计算结果不满足条件ꎬ可以通过点击对应按钮进行修改ꎮ图４㊀通流设计结果２.３㊀数模生成模块压气机数模构造模块通过读入之前的通流设计结果ꎬ先进行中弧线的构造ꎬ然后通过直接参数化方法得到四条线段(前缘线㊁后缘线㊁吸力面线㊁压力面线)ꎬ即得到了回转面叶栅叶型的形状ꎬ通过多个叶型叠加得到了最终的叶片数模ꎮ数模生成模块ꎬ自动化程度较高ꎬ用户只需根据通流设计结果点击生成数模即可ꎬ如图５所示为压气机数模ꎮ数模生成完成后会自动将数据保存至数据库ꎬ为后面的网格生成提供数据输入ꎬ简化用户操作步骤ꎬ大大提高工作效率ꎮ图５㊀一级压气机数模生成２.４㊀网格生成模块网格生成模块只需要输入ＣＡＤ数据就可以自动生成压气机叶片计算网格ꎮ二维网格的输入主要是叶型数模数据的输入和叶型所在的流面数模数据的输入ꎬ取叶高的８０％得到的二维网格如图６所示ꎮ三维网格的输入则是叶片数模㊁压气机轮毂和机匣数模ꎬ然后给定配置文件ꎬ软件即可自动生成结构网格ꎬ如图７为生成三维网格图ꎮ所生成网格质量精度高满足ＣＦＤ的计算需求ꎬ同时可以满足多种输出格式ꎮ目前支持的导出格式有ＰＬＯＴ３Ｄ㊁ＧＲＩＤＧＥＮ格式ꎮ网格生成模块由于采用了自动化结构网格生成方法ꎬ所以只要给定数模文件和网格生成配置文件即压气机级数和压气机叶片的数模文件所在位置和名称即可ꎮ之后需要选择是进行二维网格还是三维网格生成ꎬ以及第一层网格的高度的确定ꎮ完成这些操作后便可以自动进行二维网格或三维网格的生成ꎮ图６㊀压气机叶片二维网格图图７㊀压气机叶片三维网格图２.５㊀ＣＦＤ计算模块ＣＦＤ计算模块提供了三种计算模式ꎬ主要是对生成的网格进行后处理计算ꎬ进行ＣＦＤ计算ꎬ是对压气机叶片设计结果的一种评价与分析以及为何要对叶片进行优化的依据ꎮ一维情况下压气机采用一维平均半径方程进行ＣＦＤ计算ꎬ可以得到压气机的流量㊁压比㊁级数等等信息ꎮ通流采用流线曲率方法可以得到压气机叶片㊁轮毂㊁机匣的大致造型ꎮ三维采用单通道流程计算方法主要是为了提高计算速度和效率ꎬ由于采用单通道计算跟全环计算的结果相差不大ꎬ故为了节约计算时长本软件采用的是单通道流场计算[１８]ꎮ在本软件系统中用户可以进行设置计算参数㊁选择ＣＦＤ计算方法㊁查看计算结果㊁暂停计算㊁计算状态监控等操作ꎬ操作选项如图８所示ꎮ最后得到的结果自动保存ꎬ方便用户随时查看ꎮ图８㊀ＣＦＤ计算参数设置２４ 组合机床与自动化加工技术㊀第１期２.６㊀优化设计模块在压气机叶片优化设计工作中为提高优化设计效率ꎬ提出了很多优化算法它们用于寻找最值并具有较快的收敛速度ꎮ在前文中提到的ＣＦＤ计算的目的就是对叶片设计结果的分析并作为优化设计的依据ꎬ同时每次优化叶片都伴随一次数模外型构造㊁网格生成㊁ＣＦＤ计算ꎮ为了避免每次的ＣＦＤ计算后都要根据不合理的结果重新调整叶片造型和网格生成ꎮ将最终的叶片作为总目标(气流角流动损失最小㊁总压损失等)ꎬ将叶型参数化表达时用到的设计参数设为变量ꎮ采用优化算法每次迭代得到一组设计参数的组合和最终的叶片的气动性能结果ꎬ直到满足设计要求ꎮ这组设计参数为最优组合同时这个叶片也是最优的叶片ꎮ本软件中的优化设计模块采用遗传算法ꎬ遗传算法的设置菜单如图９所示ꎮ而且软件具有记忆功能ꎬ当下次启用软件的时候ꎬ会恢复原来的参数ꎬ并且每次的参数将会以文件的格式记录下来ꎬ设计者可以根据需求拿到对应的数据ꎮ同时目标函数的选择对优化结果具有关键的影响ꎬ而不同的情况需要设定不同的参数ꎬ这里需要设计者根据具体要求来修改参数ꎬ软件目标函数的参数设置界面如图１０所示ꎮ由于叶片或叶型的优化设计过程中使用了多个参数共同作用ꎬ所以采用多目标转单目标来简化问题ꎮ设置好配置参数即可对叶型设计㊁叶片造型㊁数模生成㊁网格生成㊁ＣＦＤ计算进行自动化操作ꎬ当计算的最终的结果满足设计要求ꎬ系统自动停止优化ꎮ图９㊀遗传参数设置面板图１０㊀目标函数设置面板３㊀数据库系统本优化设计软件数据库系统选取ＭｙＳＱＬꎬ数据库引擎使用的是ＭＹＩＳＡＭ数据库引擎ꎮＭｙＳＱＬ是一个关系型数据库管理系统ꎬ具有体积小㊁速度快㊁成本低㊁开放源码㊁部署成本低廉等优点ꎮ关联数据库将得到的压气机优化数据保存在不同的表中ꎬ而不是将所有优化过程数据放在同一个储存位置ꎬ在软件系统中将数据对应保存到单独的数据库中ꎬ保证了数据的安全性ꎬ条理性ꎬ并且方便再次打开对压气机进行模型修改㊁结果查看等操作ꎮ对所建数据库通过有条件查询可以及时反馈用户所需结果ꎬ方便进行结果对比㊁修正㊁导出等操作ꎮ４㊀算例验证针对具体压气机叶片使用本文介绍的优化设计软件进行优化设计ꎬ其中二维叶型优化结果在叶片５０％和９０％叶高处叶型ꎬ优化前与优化后对比如图１１所示ꎬ三维叶片优化结果如图１２所示ꎮ对压气机叶片的叶型和叶片进行数值计算并分析其可靠性ꎬ同时验证了软件的可靠性和准确性ꎮ通过对设计与优化后的叶片进行ＣＦＤ计算对比分析出经过优化后的叶片质量及效率等均得到了提高ꎬ同时通过优化后的叶片与试验参考值及成熟商业软件对比证明本优化设计软件具有较高的可靠性ꎬ可以应用于实际工程应用ꎮ(ａ)叶片５０％页高处叶型(ｂ)叶片９０％页高处叶型图１１㊀二维叶型优化结果图１２㊀三维叶片优化结果４.１㊀二维计算结果二维平面动叶叶栅ꎬ设置计算条件:动叶速度－４３０ｍ/ｓꎬ出口反压设为７８０００Ｐａꎮ计算得到的进出口流量收敛历程如图１３所示ꎬ二维平面流场图如图１４所示ꎮ二维回转面叶栅ꎬ设置计算条件:转速－１８０００ｒｐｍꎬ出口反压７８０００Ｐａꎮ计算得到的进出口流量收敛历程如图１５所示ꎬ二维平面流场图如图１６所示ꎮ可以看到无论是二维平面动叶叶栅还是二维回转面叶栅ꎬ进出口流量收敛的都很好ꎬ并且通过马赫数分布及速度流线图判断二维设计结果较好ꎮ３４ ２０１９年１月㊀㊀黄尚坤ꎬ等:压气机叶片优化设计软件研发图１３㊀平面进出口流量收敛历程(ａ)马赫数分布(ｂ)基于绝对速度的流线图１４㊀二维平面流场图图１５㊀回转面进出口流量收敛历程(ａ)马赫数分布(ｂ)基于绝对速度的流线图１６㊀二维回转面流场图４.２㊀三维计算结果压气机进行优化后设置验证计算条件:转速－１８０００ｒｐｍꎬ出口反压７８０００Ｐａꎮ计算得到的进出口流量如图１７所示ꎬ静压分布如图１８所示ꎮ１－１/２级压气机ＩＧＶ叶片数３８ꎬＲ１叶片数２５ꎬＳ１叶片数３８ꎬ设置计算条件:设计转速￣１７１８８ ７ｒｐｍꎬ出口反压７８０００Ｐａꎬ压气机流场结果如图１９所示ꎮ可以看到ꎬ进出口流量收敛很好ꎬ静压分布合理ꎬ熵分布及轴向马赫数均取得较好结果ꎬ综合分析判定压气机三维叶片质量较高ꎮ图１７㊀三维叶片进出口流量收敛历程图１８㊀静压分布计算结果(ａ)熵分布㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)轴向马赫数图１９㊀１－１/２级压气机流场结果５㊀结论本文设计并开发了一种可用于航空发动机压气机叶片优化设计的通用软件ꎮ所开发的优化设计软件设４４ 组合机床与自动化加工技术㊀第１期计方便ꎬ建模简单ꎻ网格生成质量高ꎬＣＦＤ计算数据准确方便ꎻ优化设计自动化程度高ꎬ迭代收敛数度快ꎻ软件操作界面简单直观ꎬ数据编辑方便ꎬ人机交互体验舒适度较高ꎻ叶片优化结果以图㊁表等多种方式显示ꎮ在所开发环境中进行实例验证ꎬ对多种类型的航空发动机压气机叶片进行了优化设计ꎮ设计结果与试验参考值吻合较好ꎬ表明该优化设计软件逻辑正确ꎬ计算结果准确ꎬ可以满足航空发动机压气机叶片优化设计的工程需要ꎮ[参考文献][１]陈懋章.中国航空发动机高压压气机发展的几个问题[Ｊ].航空发动机ꎬ２００６ꎬ３２(２):５－１１. [２]ＲｈｉｅＣＭꎬＧｌｅｉｘｎｅｒＡＪꎬＳｐｅａｒＤＡꎬｅｔａｌ.ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｍｕｌｔｉｓｔａｇｅＮａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓｓｏｌｖｅｒ.Ｐａｒｔ１:Ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｍｏｄｅｌｉｎｇｕｓｉｎｇｂｏｄｙｆｏｒｃｅｓａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｓｔｒｅｓ￣ｓｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙꎬ１９９８ꎬ１２０(２):２０５－２１４.[３]ＬｅｊａｍｂｒｅＣＲꎬＺａｃｈａｒｉａｓＲＭꎬＢｉｅｄｅｒｍａｎＢＰꎬｅｔａｌ.１９９５ＡＳＭＥＧａｓＴｕｒｂｉｎｅＡｗａｒｄＰａｐｅｒ:ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉ￣ｃａｔｉｏｎｏｆａＭｕｌｔｉｓｔａｇｅＮａｖｉｅｒ￣ＳｔｏｋｅｓＦｌｏｗＳｏｌｖｅｒ:ＰａｒｔＩＩ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏａＨｉｇｈ￣ＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＤｅｓｉｇｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙꎬ１９９８ꎬ１２０(２):２１５. [４]安志强ꎬ周正贵ꎬ张益豪.轴流压气机叶片准三维自动优化设计[Ｊ].推进技术ꎬ２０１４ꎬ３５(４):４８５－４９１. [５]汪光文.基于并行遗传算法的风扇/压气机叶片气动优化设计[Ｄ].南京:南京航空航天大学ꎬ２００９. [６]周明ꎬ孙树栋.遗传算法原理及应用[Ｍ].北京:国防工业出版社ꎬ１９９９.[７]汪光文ꎬ周正贵ꎬ胡骏.多层设计参数的叶型气动优化[Ｊ].南京航空航天大学学报ꎬ２００９ꎬ４１(１):１１－１５. [８]章嘉麟.基于并行遗传算法的叶轮机叶片优化设计[Ｄ].南京:南京航空航天大学ꎬ２００９.[９]汪光文ꎬ周正贵ꎬ胡骏.基于并行遗传算法压气机叶片自动优化设计[Ｊ].航空动力学报ꎬ２００６ꎬ２１(５):９２３－９２９.[１０]汪光文ꎬ周正贵ꎬ胡骏.基于优化算法的压气机叶片气动设计[Ｊ].航空动力学报ꎬ２００８ꎬ２３(７):１２１８－１２２４. [１１]李军ꎬ邓清华ꎬ丰镇平.基于进化算法的压气机叶型多目标优化设计[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２００４ꎬ２４(１０):２０５－２０９.[１２]金东海ꎬ桂幸民.混合遗传算法的研究及其在压气机叶型优化设计中的应用[Ｊ].航空学报ꎬ２００６ꎬ２７(１):２９－３２.[１３]张晓东ꎬ余世敏ꎬ龚彦ꎬ等.基于Ｂｅｚｉｅｒ曲线的涡轮叶片参数化造型及优化设计[Ｊ].机械强度ꎬ２０１５ꎬ３７(２):２６６－２７１.[１４]李磊ꎬ李元生ꎬ敖良波ꎬ等.基于ＮＵＲＢＳ离心式压气机参数化造型设计及气动优化[Ｊ].机械强度ꎬ２０１１ꎬ３３(１):８２－８５.[１５]靳军ꎬ刘波ꎬ曹志鹏ꎬ等.基于ＮＵＲＢＳ的三维轴流压气机叶片的几何型面优化研究[Ｊ].航空动力学报ꎬ２００５ꎬ２０(４):６２５－６２９.[１６]ＷａｈｉｄＳＧｈａｌｙꎬＴｅｍｅｓｇｅｎＴＭｅｎｇｉｓｔｕ.ＯｐｔｉｍａｌＧｅｏｍｅｔｒｉｃＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＴｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙＣａｓｃａｄｅｓＵｓｉｎｇＮｕｒｂｓ[Ｊ].ＩｎｖｅｒｓｅＰｒｏｂｌｅｍｓｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００３ꎬ１１(５):３５９－３７３.[１７]赖宇阳.叶片气动设计中组合优化方案的算法研究和系统实现[Ｄ].北京:清华大学ꎬ２００２.[１８]王子维.轴流压气机单通道内流数值模拟方法研究[Ｄ].绵阳:中国空气动力研究与发展中心ꎬ２０１６.(编辑㊀李秀敏)(上接第３９页)钢进行贴标ꎬ贴标过程中能有效控制机器人末端操作器的进深ꎬ最终的贴标效果如图１４所示ꎬ平面定位精度小于ʃ１ｍｍꎬ满足生产实际的需求ꎮ图１０㊀成捆圆钢端面自动贴标系统现场应用及贴标效果５㊀结论本文提出一种主辅眼视觉定位方法ꎬ主相机采用单目视觉定位求取Ｘ㊁Ｙ坐标ꎬ主辅相机采用双目视觉定位求取Ｚ坐标ꎮ充分结合了单目平面定位的高精度和采用形心匹配双目立体定位的简便性ꎬ具有很强的实用价值ꎮ经试验和现场示范应用ꎬ主辅眼视觉定位方法能够满足贴标机器人对圆钢端面中心坐标定位精度的要求ꎮ[参考文献][１]朱子奇ꎬ丁艳.基于相机视角的标定和定位算法的研究[Ｊ].光学技术ꎬ２０１５ꎬ４１(２):１８１－１８４ꎬ１９２. [２]郭卜瑜ꎬ于佳ꎬ王娇娇ꎬ等.双目视觉鱼苗尺寸[Ｊ].光学技术ꎬ２０１７ꎬ４３(２):１５３－１５７.[３]黄风山ꎬ刘恩福ꎬ方忆湘ꎬ等.基于智能三坐标测量机的零件位姿单目立体视觉识别[Ｊ].光学精密工程ꎬ２０１３ꎬ２１(５):１３２６－１３３２.[４]王春梅ꎬ黄风山.三坐标测量机驱动的单目立体视觉坐标测量方法[Ｊ].组合机床与自动化加工技术ꎬ２０１３(１２):７１－７４.[５]ＯｈＪＫꎬＬｅｅＳꎬＬｅｅＣＨ.Ｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎｂａｓｅｄａｕｔｏｍａｔｉｏｎｆｏｒａｂｉｎ￣ｐｉｃｋｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｓｙｓｔｅｍｓꎬ２０１２ꎬ１０(２):３６２－３７３. [６]ＯｎｏＫꎬＯｇａｗａＴꎬＭａｅｄａＹꎬｅｔａｌ.Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｂｉｎ￣ｐｉｃｋｉｎｇｏｆｃｏｉｌｓｐｒｉｎｇｓｂｙｓｔｅｒｅｏ㊀ｖｉｓｉｏｎ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＪａｐａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓꎬ２０１３ꎬ７９:２７６９－２７７９.[７]熊俊涛ꎬ邹湘军ꎬ彭红星ꎬ等.荔枝采摘机械手视觉定位系统设计[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１２ꎬ４３(ｓ):２５０－２５５. [８]宋健ꎬ王凯ꎬ张晓琛.茄子采摘机器人目标识别与测距方法[Ｊ].实验室研究与探索ꎬ２０１５ꎬ３４(９):５４－５７. [９]曾洛军ꎬ杨欣荣ꎬ赵智国.基于数学形态学的圆钢端部图象处理[Ｊ].数学理论与应用ꎬ２００４ꎬ２４(１):１１３－１１６. [１０]张付祥ꎬ蔡立强ꎬ李伟峰ꎬ等.成捆圆钢端面自动贴标系统设计[Ｊ].河北科技大学学报ꎬ２０１６ꎬ３７(６):６０１－６０８.[１１]张付祥ꎬ蔡立强ꎬ秦亚敏ꎬ等.成捆钢筋端面自动贴标系统的机器人位置优化[Ｊ].机械设计与制造ꎬ２０１７(１２):１７７－１８０.[１２]黄风山ꎬ任玉松ꎬ秦亚敏.成捆圆钢机器人贴标系统图像识别方法[Ｊ].光电工程ꎬ２０１６ꎬ４３(１２):１６８－１７４. [１３]谢则晓ꎬ顾斌.一种圆形标记点的快速提取算法[Ｊ].光学技术ꎬ２０１３ꎬ３９(５):３９３－３９７.(编辑㊀李秀敏)５４２０１９年１月㊀㊀黄尚坤ꎬ等:压气机叶片优化设计软件研发。