航空发动机涡轮动叶设计平台的构建与验证

李磊，敖良波，王心美，岳珠峰

（西北工业大学工程力学系，西安710129）

0 引言

航空发动机涡轮叶片工作环境恶劣，承受着高温、高压和高转速的工作负荷。其设计技术复杂，需要经历1维总体性能、S2流面、基元级叶型、径向扭曲规律、3维结构的设计过程。在叶片3维结构设计中，需要综合考虑流体力学、传热学、结构强度和振动等学科，是1个典型的多学科设计优化问题。目前在涡轮叶片设计的各阶段均有相对应的成熟软件或程序，比如1维性能设计的Concepts-NREC，2维叶型设计的各种平面叶栅造型程序等，但是还未曾见到针对整个涡轮叶片设计流程并考虑多学科设计优化的平台软件。

本文针对航空发动机涡轮叶片的设计流程和所涉及的多学科优化问题，研制了涡轮动叶设计平台，该设计平台软件涵盖了涡轮动叶从1维总体到实心/冷却3维结构的完整设计过程。由1维性能、扭曲规律、2维气动、3维实心叶片设计模块和多学科优化模块，以及冷却叶片设计和多学科优化模块组成，并在该平台软件上实现了冷却叶片的多学科设计优化分析。

1 平台的整体框架

航空发动机涡轮动叶设计平台的整体框架如图1所示。涵盖了其整个设计流程，依次包含了1维性能、2维气动和3维设计模块。在1维性能设计模块中，可以根据发动机总体设计要求进行1维平均半径的性能分析，得到平均半径处的基元级速度三角形，并根据径向扭曲规律得到其他半径处的；在2维气动设计模块中，根据一定的平面叶栅造型方法，进行基元级叶型设计，并能够进行叶型气动性能实时分析；……