气动优化设计技术是叶轮机械设计中的一个重要的研究方向,风扇/压气机气动优化设计技术,在推动高性能航空轴流压气机的发展上具有重要的作用。近年来,多目标遗传算法在叶轮机械优化设计中得到了广泛的应用。 本文首先研究了多级轴流压气机的一维、准三维气动设计计算方法,并分别建立了适用于各自特点的设计点的损失模型以及非设计点的损失和落后角模型,计算结果表明,这些模型能够较为真实的反映轴流压气机的流动特点。将损失模型与一维、准三维气动计算结合起来,构成了比较准确的气动设计方法。针对风扇/压气机的优化设计具有多目标的特点,采用基于快速非劣解排序和精英策略的多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)作为压气机设计的优化方法,以总压比最大化和总绝热效率最大化为目标函数,将其应用于多级轴流压气机的一维、准三维的多目标优化设计中。 对于一维优化问题,以某六级高压压气机为对象,选取各级的级压比和静子出口气流角以及转子、静子的稠度为变量,得到了几十个在两个目标上均优于初始设计的Pareto最优解。从中选取了具有代表性的三种优化设计方案(高压比设计、高效率设计、折衷设计)与初始设计进行对比,分析表明优化方案的参数沿轴向的分布更为合理。在准三维的优化设计中,分别以两级轴流风扇和某三级半轴流压气机为研究对象,选定转子尾缘的相对出口气流角和稠度以及静子出口气流角和稠度沿径向的分布为设计变量,得到了就近百个优化的方案,通过对典型的优化方案(高压比设计、高效率设计)和初始方案的参数分析,给出了设计参数沿径向的优化分布。 优化设计的算例表明,本文发展的基于多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)的轴流压气机气动优化设计方法是有成效的,并且具有良好的工程应用前景。