Современные подходы к оптимизации осевых компрессоров
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-64-74
EDN: SXCZAS
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.
Об авторах
А. С. Золотухин
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
АО «Силовые машины»
Россия
Россия
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
Л. Н. Маренина
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия
Россия
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
А. А. Дроздов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия
Россия
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
Яблоков А. М.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия
Россия
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
А. Г. Никифоров
Смоленская государственная сельскохозяйственная академия
Россия
Россия
НИКИФОРОВ Александр Георгиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации
214000, г. Смоленск, ул. Большая Советская, 10/2
AuthorID (РИНЦ): 812960
AuthorID (SCOPUS): 57199225782
Список литературы
1. Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. 1202 с. ISBN 0-13-538323-4.
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.
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/PIMEPROC_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 twodimensional 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 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.
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.
Рецензия
Для цитирования:
Золотухин А.С., Маренина Л.Н., Дроздов А.А., М. Я.А., Никифоров А.Г. Современные подходы к оптимизации осевых компрессоров. Омский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение". 2025;9(3):64-74. https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-64-74. EDN: SXCZAS
For citation:
Zolotukhin A.S., Marenina L.N., Drozdov A.A., Yablokov A.M., Nikiforov A.G. Modern approaches of the axial compressors optimization. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025;9(3):64-74. (In Russ.) https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-64-74. EDN: SXCZAS
Просмотров:
19
JATS XML
Послать статью по эл. почте 