涵道風(fēng)扇氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的案例
設(shè)計(jì)仿真 | 新型風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲組合分析方法
計(jì)算域由靜止場(chǎng)和包圍風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)域組成，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細(xì)節(jié)，例如風(fēng)扇孔口、風(fēng)扇護(hù)罩、線圈和百葉窗。在本研究中，線圈被建模為多孔區(qū)域，并應(yīng)用滑動(dòng)網(wǎng)格方法來(lái)計(jì)算Actran氣動(dòng)聲學(xué)模擬所需的非定常CFD結(jié)果。旋轉(zhuǎn)域（風(fēng)扇）的旋轉(zhuǎn)頻率為1118RPM。例子中的時(shí)間步長(zhǎng)為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時(shí)間確保所求最小頻率遠(yuǎn)小于37.2Hz（葉片通過(guò)頻率）。
圖1：旋轉(zhuǎn)域包圍風(fēng)扇葉片，靜止域包含流動(dòng)障礙物和多孔線圈
Lighthill聲類比有兩種源的計(jì)算方式，分別是在域的整個(gè)體積上和在源的表面上執(zhí)行源的計(jì)算。如果采用前一種方法，源計(jì)算需要整個(gè)域上的CFD信息，但在后一種方法中，我們只需要在單個(gè)表面而不是體積上讀取速度信息（以及不可壓縮模擬情況下的密度），從文件管理的角度來(lái)看，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。本研究中風(fēng)扇作為唯一的主要聲源，為了加速CFD模擬僅導(dǎo)出包圍風(fēng)扇的表面，即轉(zhuǎn)子-定子界面靜態(tài)側(cè)的CFD數(shù)據(jù)。CFD求解器采用480個(gè)核心的仿真時(shí)間接近40小時(shí)。最耗時(shí)的部分是在每個(gè)時(shí)間步下寫入數(shù)據(jù)這個(gè)步驟，這會(huì)減慢求解速度。
本例基于Actran2021.1，采用Lighthill面源方法，將聲源映射到聲學(xué)網(wǎng)格上，并完成時(shí)域氣動(dòng)聲源轉(zhuǎn)成頻域的計(jì)算。這項(xiàng)研究的新穎之處在于這一步，其中采用兩個(gè)互補(bǔ)的離散傅里葉變換（DFT）設(shè)置來(lái)精確計(jì)算線譜音調(diào)和寬頻噪聲，同時(shí)避免了由于采樣時(shí)間有限而在高頻下出現(xiàn)不切實(shí)際的聲壓級(jí)波動(dòng)：
① 對(duì)于葉片通過(guò)頻率(BPF)及其諧波引起的線譜音調(diào)噪聲，使用最小二乘法在整個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)定義并完成第一個(gè)DFT。
展開 “風(fēng)扇葉輪智能優(yōu)化設(shè)計(jì)”榮獲科研十大智能標(biāo)桿案例
天洑憑借 “風(fēng)扇葉輪智能優(yōu)化設(shè)計(jì)” 案例，成功入選。該案例是基于天洑自主研發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件AIPOD實(shí)現(xiàn)的成功實(shí)踐，充分彰顯了公司在工業(yè)軟件領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累與硬核創(chuàng)新能力，獲得了國(guó)家級(jí)權(quán)威機(jī)構(gòu)的高度認(rèn)可。
天洑將繼續(xù)專注工業(yè)人工智能與物理AI領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)用，以創(chuàng)新技術(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)智能化。
Xflow助力飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)
基于新型高維代理模型的高效全局氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
而PCA-Kriging模型相對(duì)于Kriging模型并沒(méi)有顯著優(yōu)勢(shì)，以至于其在優(yōu)化設(shè)計(jì)中難以被使用。尤其Kriging方法在設(shè)計(jì)變量維數(shù)大于118后預(yù)測(cè)精度急劇變差；而KPCA-Kriging方法此時(shí)預(yù)測(cè)精度仍然保持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)，并且預(yù)測(cè)誤差明顯小于Kriging方法和PCA-Kriging的預(yù)測(cè)誤差。
圖2 CRM機(jī)翼在不同設(shè)計(jì)變量數(shù)時(shí)的FFD框圖示
圖3 KPCA-Kriging與Kriging模型驗(yàn)證誤差隨設(shè)計(jì)維數(shù)變化曲線
圖4 KPCA-Kriging 模型驗(yàn)證誤差隨選擇的有效維數(shù)變化曲線（118維設(shè)計(jì)變量）
2）建立了基于SN-DRSM的高效全局氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并在復(fù)雜跨聲速氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用和驗(yàn)證。
針對(duì)AIAA氣動(dòng)優(yōu)化討論組發(fā)布的NACA0012無(wú)黏優(yōu)化算例，采用基于自適應(yīng)空間擴(kuò)展(ADE)的代理優(yōu)化框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。ADE能自動(dòng)選擇拓展后緣邊界的樣本，減少迭代優(yōu)化的次數(shù)，從而顯著提高優(yōu)化效率。優(yōu)化結(jié)果分別記為ADE-Kriging和ADE-KPCA-Kriging。結(jié)果顯示，基于ADE的兩種優(yōu)化方法阻力保持了持續(xù)的下降，直到150步以后接近收斂，而基于固定設(shè)計(jì)空間的方法在50次迭代后就已經(jīng)收斂，阻力值不再下降。并且基于自適應(yīng)設(shè)計(jì)空間擴(kuò)展的代理優(yōu)化方法獲得了更低的阻力值，其中基于
KPCA-Kriging模型的優(yōu)化方法獲得了最低的阻力系數(shù)42 counts
，小于基于ADE-Kriging和Kriging優(yōu)化方法的收斂得到的阻力值。并且
優(yōu)化翼型前緣壓縮和后緣恢復(fù)，后緣激波變?nèi)酰瑝毫Ψ植几吔皩?duì)稱”
。如圖5至圖9所示。
展開 
渦輪葉片一維氣動(dòng)方案多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
渦輪葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及氣動(dòng)、幾何、結(jié)構(gòu)、材料、強(qiáng)度、溫度等多個(gè)學(xué)科需要用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行渦輪葉片的設(shè)計(jì)。本文應(yīng)用軟件和基于精化網(wǎng)格法的自編程序分別進(jìn)行了渦輪葉片一維氣動(dòng)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)軟件中不同算法的求解與對(duì)比分析為基于三維精確仿真的渦輪葉片多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的優(yōu)化算法選擇提供了參考。應(yīng)用精化網(wǎng)格法編制的多級(jí)渦輪葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)程序根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總體提出的性能要求與約束條件計(jì)算得到了多級(jí)渦輪熱態(tài)子午流程通道以及渦輪葉片氣動(dòng)三角形等參數(shù)為基于三維精確仿真的渦輪葉片多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了初始的設(shè)計(jì)點(diǎn)
渦輪葉片一維氣動(dòng)方案多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf
展開 涵道風(fēng)扇電推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)探討
雖然已有研究獲得了部分參數(shù)、地面效應(yīng)和波浪海面對(duì)力效、拉力等性能的影響規(guī)律
，但多基于部分給定參數(shù)，對(duì)于其它狀態(tài)的涵道風(fēng)扇并不具有普遍意義，應(yīng)用中需要根據(jù)航空器使用剖面和特定約束，針對(duì)性地開展氣動(dòng)設(shè)計(jì)尋求綜合性能最優(yōu)。除了涵道風(fēng)扇的力學(xué)性能，槳葉和涵道風(fēng)扇的氣動(dòng)設(shè)計(jì)還要考慮氣動(dòng)噪聲抑制需求。雖然涵道殼體對(duì)槳葉產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲起到遮擋作用，更有效的降噪方式還是槳葉形狀和槳尖間隙的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)
。另外，從應(yīng)用角度來(lái)看，涵道風(fēng)扇的氣動(dòng)設(shè)計(jì)并不單純是其外形和內(nèi)部流場(chǎng)設(shè)計(jì)，還需考慮航空器推力控制舵面
/
襟翼、涵道風(fēng)扇主承力結(jié)構(gòu)、電機(jī)散熱殼體型面等設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)涵道風(fēng)扇氣動(dòng)特性的影響。
因此，涵道風(fēng)扇氣動(dòng)設(shè)計(jì)是空氣動(dòng)力學(xué)、控制、結(jié)構(gòu)力學(xué)、傳熱學(xué)多學(xué)科交叉問(wèn)題的優(yōu)化過(guò)程，需要結(jié)合理論分析和物理試驗(yàn)開展反復(fù)迭代。在涵道風(fēng)扇應(yīng)用初期，首先需要從航空器系統(tǒng)的性能需求出發(fā)，對(duì)涵道風(fēng)扇的推力、尺寸、質(zhì)量、功率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行初步定義，減少涵道風(fēng)扇氣動(dòng)設(shè)計(jì)的變量數(shù)量、縮小設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化范圍，提高設(shè)計(jì)效率；其次，基于已有研究成果，進(jìn)一步探清設(shè)計(jì)變量對(duì)推力性能、力效等關(guān)鍵指標(biāo)的作用規(guī)律，厘清制造裝配、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、散熱效率等對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的邊界約束，應(yīng)用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法開展迭代設(shè)計(jì)，提出若干方案選項(xiàng)，初期需將大功率工況時(shí)的力效提升至
3kg/kW
以上。比如在槳葉外形設(shè)計(jì)中需要考慮復(fù)材槳葉結(jié)構(gòu)厚度的最小尺寸限制，槳尖間隙設(shè)計(jì)要考慮加工安裝偏差和變形，支撐導(dǎo)葉外形設(shè)計(jì)需要權(quán)衡導(dǎo)流、克服反扭和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等多種需求，槳轂設(shè)計(jì)要兼顧氣動(dòng)、電機(jī)安裝空間和殼體散熱等功能，這些學(xué)科交叉問(wèn)題往往容易被疏忽，進(jìn)而導(dǎo)致研制環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障和反復(fù)。
展開 涵道風(fēng)扇氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
涵道風(fēng)扇氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)涵道風(fēng)扇涵道風(fēng)扇電推進(jìn)系統(tǒng)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)氣動(dòng)彈性優(yōu)化設(shè)計(jì)氣道優(yōu)化 優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真優(yōu)化EDA設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 涵道風(fēng)扇氣動(dòng)仿真基于icem fluent涵道風(fēng)扇離心風(fēng)扇氣動(dòng)仿真基于icem fluent涵道風(fēng)扇氣動(dòng)仿真基于icem fluent涵道風(fēng)扇氣動(dòng)仿真涵道風(fēng)扇設(shè)計(jì)涵道風(fēng)扇設(shè)計(jì)難點(diǎn)
