Современные подходы к оптимизации осевых компрессоров
DOI:
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-64-74Ключевые слова:
осевой компрессор, задачи оптимизации, многокритериальная оптимизация, алгоритмы оптимизации, целевые функции, IOSO, генетические алгоритмы.Аннотация
В ходе работы были рассмотрены актуальные и современные подходы к оптимизации компрессоров осевого типа как одно-, так и многоступенчатых. По открытым источникам была составлена классификация подходов к оптимизации в зависимости от учитываемых пространственных явлений: 1D/квази-2D, 2D и 3D. Для каждой группы оптимизационных задач было описано её предназначение в общем цикле проектирования компрессора, а также приведены конкретные примеры. Рассмотрены основные алгоритмы оптимизации осевых компрессоров, актуальные на сегодняшний день. На основе рассмотренных алгоритмов составлена универсальная блок-схема формирования и постановки задачи оптимизации. Также проанализированы используемые в различных работах целевые функции и параметры оптимизации. По каждому из них даны комментарии и рекомендации при постановке соответствующих задач.
Скачивания
Библиографические ссылки
(1). Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. 1202 с. ISBN 0-13-538323-4.
Inozemtsev A. A., Sandratskiy V. L. Gazoturbinnyye dvigateli [Gas turbine engines]. Perm, 2006. 1202 p. ISBN 0-13-538323-4. (In Russ.).
(2). Аттетков А. В., Галкин С. В., Зарубин В. С. Методы оптимизации / под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. 2-е изд., стер. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 440 с.
Attetkov A. V., Galkin S. V., Zarubin V. S. Metody optimizatsii [Optimization methods] / Ed. by V. S. Zarubina, A. P. Krishchenko. 2nd ed., ster. Moscow, 2003. 440 p. (In Russ.).
(3). Popov G., Baturinet O., Goriachkinal E. [et al.]. Axial compressor optimization method. IOP Conference: Series Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 904. 012008. DOI: 10.1088/1757-899X/904/1/012008.
(4). Воробьев А. К., Малышев Ф. А. Модернизация компрессора ГТЭ-170.2 // Перспективы развития двигателестроения: материалы междунар. науч.-техн. конф. им. Н. Д. Кузнецова (21–23 июня 2023 г.). В 2 т. Самара: Изд-во Самар. ун-та, 2023. Т. 2. С. 64–65.
Vorobyev A. K., Malyshev F. A. Modernizatsiya kompressora GT•E-170.2 [Development of GTE-170.2 compressor]. Perspektivy Razvitiya Dvigatelestroyeniya. In 2 vols. Samara, 2023. Vol. 2. P. 64–65. (In Russ.).
(5). Benini E. Three-dimensional multi-objective design optimization of a transonic compressor rotor. Propulsion and Power. 2004. Vol. 20 (3). P. 559–565. DOI: 10.2514/1.2703.
(6). Samad A., Kim, K. Y. Multi-objective optimization of an axial compressor blade. Mechanical Science and Technology. 2008. Vol. 22 (2). P. 999–1007. DOI: 10.1007/s12206-008-0122-5.
(7). Huang N. Z., Zhao X., Zhang, Y. H. [et al.]. Aerodynamic performance improvement of a transonic axial compressor by swept and leaned rotors. AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum. 2019. DOI: 10.2514/6.2019-3819.
(8). Cao Z., Zhang X., Liang Y., Liu B. Influence of blade lean on performance and shock wave/tip leakage flow interaction in a transonic compressor rotor. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2021. Vol. 15 (1). P. 153–167. DOI: 10.47176/JAFM.15.01.32753.
(9). Koch C. C., Smith L. H. Loss sources and magnitudes in axial-flow compressors. Journal of Engineering for Power. 1976. Vol. 98 (3). P. 411–424.
(10). Schobeiri M. T. Advanced compressor loss correlations. Part I: Theoretical Aspects. International Journal of Rotating Machinery. 1997. Vol. 3, no. 3. P. 163–177. DOI: 10.1155/S1023621X9700016X.
(11). Schobeiri M. T. Advanced compressor loss correlations. Part II: Experimental Verifications. International Journal of Rotating Machinery. 1997. Vol. 3, no. 3. P. 179–187. DOI:10.1155/S1023621X97000171.
(12). Howell A. R. Fluid dynamics of axial compressors. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. 1945. Vol. 153 (1). P. 441–452. DOI: 10.1243/PIME_PROC_1945_153_049_02.
(13). Carter A. D. S. The low speed performance of related aerofoils in cascades. CP no. 29 (12.883) ARC Technical Report. London, 1950. 46 p.
(14). Emery J. C., Herrig J. L., Erwin J. R. Systematic two-dimensional cascade tests of NACA 65-series compressor blades at low speeds. NACA Report 1368. Washington, 1957. 226 p.
(15). Lieblein S. Incidence and deviation-angle correlations for compressor cascades. 1960. ASME J. Basic Eng. Vol. 82. P. 575–584.
(16). Jinguang Y., Min Z., Cheng P. [et al.]. Stator re-stagger optimization in multistage axial compressor. Propulsion and Power Research. 2021. Vol. 10, Issue 2. P. 107–117. DOI: 10.1016/j.jppr.2021.03.002.
(17). Deb K., Pratap A., Agarwal S., Meyarivan T. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2002. Vol. 6 (2). P. 182–197.
(18). Schnoes M., Voß C., Nicke E. Design optimization of a multi-stage axial compressor using through flow and a database of optimal airfoils. Journal of the Global Power and Propulsion Society. 2018. Vol. 2. P. 516–528. DOI: 10.22261/JGPPS.W5N91I.
(19). Jang C.-M., Li P., Kim K.-Y. Optimization of blade sweep in a transonic axial compressor rotor. JSME International Journal. Series B. 2005. Vol. 48, no. 4. P. 793–801. DOI: 10.1299/jsmeb.48.793.
(20). Siller U., Voß C., Nicke E. Automated multidisciplinary optimization of a transonic axial compressor. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2009. DOI: 10.2514/6.2009-863.
(21). Voß C., Aulich M., Kaplan B., Nicke E. Automated Multiobjective Optimisation in Axial Compressor Blade Design. ASME Paper GT2006-90420. 2006. DOI: 10.1115/GT2006-90420.
(22). Holland J. H. Adaptation in natural and artificial systems. Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1975. 208 р.
(23). Rechenberg I. Evolutions strategie – Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. Stuttgart: Frommann-Holzboog, 1973. 170 р.
(24). Schwefel H.-P. Numerical optimization of computer models. Chichester: Wiley & Sons, 1981. 389 р.
(25). Liu W., Chu W., Zhang H., Wang H. An optimization study of circumferential groove casing treatment in a high-speed axial flow compressor. Aerospace. 2024. Vol. 11. 541. DOI: 10.3390/aerospace11070541.
(26). Reid L., Moore R. D. Performance of single-stage axial-flow transonic compressor with rotor and stator aspect ratios of 1.19 and 1.26, respectively, and with design pressure ratio of 2.05. NASA Technical. 1980. 1659. 104 p.
(27). Золотухин А. С., Маренина Л. Н., Дроздов А. А. [и др.]. Верификация математической модели трансзвуковой осевой компрессорной ступени // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 2. С. 61–70. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-2-61-70. EDN: CJEHRN.
Zolotukhin A. S., Marenina L. N., Drozdov A. A. [et al.]. Verifikatsiya matematicheskoy modeli transzvukovoy osevoy kompressornoy stupeni. [Verification of the mathematical model of the transonic axial compressor stage]. Omskiy nauchnyy vestnik. Seriya Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025. Vol. 9, no. 2. P. 61–70. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-2-61-70. EDN: CJEHRN. (In Russ.).
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Неисключительные права на статью передаются журналу в полном соответствии с Лицензией Creative Commons BY-NC-SA 4.0 «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция-Некоммерчески-СохранениеУсловий») 4.0 Всемирная (CC BY-NC-SA 4.0)
