avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-3-64-74SXCZASavroen-101Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGСовременные подходы к оптимизации осевых компрессоровModern approaches of the axial compressors optimizationhttps://orcid.org/0009-0009-3028-8512ЗолотухинА. С.ZolotukhinA. S.

ЗОЛОТУХИН Антон Сергеевич, аспирант Высшей школы энергетического машиностроения; ин­женер-конструктор 3-й категории сектора расчетов отдела компрессоров СКБ ГТУ

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

195009, г. Санкт-Петербург, ул. Ватутина, д. 3, лит. А

ResearcherID: HNP-9948-2023

ZOLOTUKHIN Anton Sergeevich, Postgraduate of the Higher School of Power Engineering; CFD Engineer of SKВ GTU Compressor Department

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

Saint Petersburg, Vatutina St., 3A, 195009

ResearcherID: HNP-9948-2023

zolotuhinant@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9380-9754МаренинаЛ. Н.MareninaL. N.

МАРЕНИНА Любовь Николаевна, кандидат техни­ческих наук, доцент Высшей школы энергетическо­го машиностроения Института энергетики

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (SCOPUS): 57188961410

ResearcherID: C-6788-2017

MARENINA Lyubov Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 791131

AuthorID (SCOPUS): 57188961410

ResearcherID: C-6788-2017

marenina_ln@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3808-7098ДроздовА. А.DrozdovA. A.

ДРОЗДОВ Александр Александрович, доктор тех­нических наук, профессор Высшей школы энерге­тического машиностроения Института энергетики

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (РИНЦ): 314735

AuthorID (SCOPUS): 56649790100

ResearcherID: К-7937-2014

DROZDOV Aleksandr Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 314735

AuthorID (SCOPUS): 56649790100

ResearcherID: К-7937-2014

A_drozdi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7842-9614М.Яблоков А.YablokovA. M.

ЯБЛОКОВ Алексей Михайлович, старший препо­даватель Высшей школы энергетического машино­строения Института энергетики

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (SCOPUS): 57199231312

ResearcherID: M-7787-2018

YABLOKOV Aleksey Mikhailovich, Senior Lecturer of the Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Polytechnicheskaya St., 29, 195251

AuthorID (SCOPUS): 57199231312

ResearcherID: M-7787-2018

yablokovaleksey@mail.ruНикифоровА. Г.NikiforovA. G.

НИКИФОРОВ Александр Георгиевич, доктор тех­нических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации

214000, г. Смоленск, ул. Большая Советская, 10/2

AuthorID (РИНЦ): 812960

AuthorID (SCOPUS): 57199225782

NIKIFOROV Aleksandr Georgiyevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Mechanization Department

Smolensk, Bolshaya Sovetskaya St., 10/2, 214000

AuthorID (RSCI): 812960

AuthorID (SCOPUS): 57199225782

nikiforof@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; АО «Силовые машины»РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University; JSC “Power Machines”Russian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationСмоленская государственная сельскохозяйственная академияРоссияSmolensk State Agricultural AcademyRussian Federation202530092025936474Copyright © Золотухин А.С., Маренина Л.Н., Дроздов А.А., М. Я.А., Никифоров А.Г., 20252025Золотухин А.С., Маренина Л.Н., Дроздов А.А., М. Я.А., Никифоров А.Г.Zolotukhin A.S., Marenina L.N., Drozdov A.A., Yablokov A.M., Nikiforov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/101

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.

The research reviews current and modern approaches to optimizing axial-type compressors. According to open sources, the authors present a classification of optimization approaches depending on the dimension phenomena: 1D/quasi-2D, 2D and 3D. Moreover, the authors describe purposes in the general compressor design cycle for each group of optimization tasks, as well as specific examples. The main and relevant optimization algorithms of axial compressors are considered. As a result, a universal block diagram of the optimization problem has been compiled. The objective functions and optimization parameters are also analyzed. The authors review comments and recommendations on each of the points by setting the appropriate tasks.

осевой компрессорзадачи оптимизациимногокритериальная оптимизацияал­горитмы оптимизациицелевые функцииIOSOгенетические алгоритмы.axial compressoroptimization problemsmulti-objective optimizationoptimization algorithmstarget functionsIOSOgenetic algorithms.ReferencesИноземцев 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.).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.).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.).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.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.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.).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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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/PIMEPROC_1945_153_049_02.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/PIMEPROC_1945_153_049_02.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.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.Emery J. C., Herrig J. L., Erwin J. R. Systematic twodimensional cascade tests of NACA 65-series compressor blades at low speeds. NACA Report 1368. Washington, 1957. 226 p.Emery J. C., Herrig J. L., Erwin J. R. Systematic twodimensional cascade tests of NACA 65-series compressor blades at low speeds. NACA Report 1368. Washington, 1957. 226 p.Lieblein S. Incidence and deviation-angle correlations for compressor cascades. 1960. ASME J. Basic Eng. Vol. 82. P. 575–584.Lieblein S. Incidence and deviation-angle correlations for compressor cascades. 1960. ASME J. Basic Eng. Vol. 82. P. 575–584.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.Holland J. H. Adaptation in natural and artificial systems. Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1975. 208 р.Holland J. H. Adaptation in natural and artificial systems. Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1975. 208 р.Rechenberg I. Evolutions strategie — Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. Stuttgart: Frommann-Holzboog, 1973. 170 р.Rechenberg I. Evolutions strategie — Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution. Stuttgart: Frommann-Holzboog, 1973. 170 р.Schwefel H.-P. Numerical optimization of computer models. Chichester: Wiley & Sons, 1981. 389 р.Schwefel H.-P. Numerical optimization of computer models. Chichester: Wiley & Sons, 1981. 389 р.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.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.Reid L., Moore R. D. Performance of single-stage axialflow 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.Reid L., Moore R. D. Performance of single-stage axialflow 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.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.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.