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基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

工程热物理学报 2023年第3期44卷 641-653页

作者：陈明升陈江成金鑫向航北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 北京科技大学机械工程学院北京100083

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参... 详细信息

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明:优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。

关键词：跨音涡轮气动优化全叶片曲面参数化多岛遗传算法贝塞尔曲面

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基于多代理模型的离心叶轮高效优化设计方法

中国机械工程 2023年第8期34卷 899-907页

作者：刘基盛计良李威贾志新成金鑫方鹏程北京科技大学机械工程学院北京100083 北京航天新立科技有限公司北京100074 清华大学工业工程系北京100084

针对自动优化设计时迭代过多、耗时过长等问题,建立了基于多代理模型优化算法的离心压气机叶片高效寻优模型,研究了全局/局部模型管理策略和样本填充方法,对比分析了多代理模型与常用的元启发式优化算法(粒子群算法、多岛遗传算法等)的... 详细信息

针对自动优化设计时迭代过多、耗时过长等问题,建立了基于多代理模型优化算法的离心压气机叶片高效寻优模型,研究了全局/局部模型管理策略和样本填充方法,对比分析了多代理模型与常用的元启发式优化算法(粒子群算法、多岛遗传算法等)的综合性能,验证了多代理寻优模型的高效性。离心叶轮优化结果表明:等熵效率提高了0.73%,总压比增大了0.18%,喘振裕度提高了1.1%;与经典粒子群算法相比,优化时间缩短54.9%。

关键词：离心叶轮叶片几何外形高效寻优优化算法多代理模型

基于FFD方法的离心压气机叶片优化设计与试验

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排灌机械工程学报 2023年第4期41卷 354-362页

作者：刘基盛计良李威成金鑫方鹏程北京科技大学机械工程学院北京100083 北京航天新立科技有限公司北京100039 清华大学工业工程系北京100084

为了改善离心压气机叶片多工况优化设计时面临的设计空间大、冗余搜索、灵活性不足、优化效率低等问题,提出了基于自由曲面变形技术(free form deform,FFD)的离心压气机复杂曲面叶片参数化方法,建立了叶片局部几何区域与三维空间网格控... 详细信息

为了改善离心压气机叶片多工况优化设计时面临的设计空间大、冗余搜索、灵活性不足、优化效率低等问题,提出了基于自由曲面变形技术(free form deform,FFD)的离心压气机复杂曲面叶片参数化方法,建立了叶片局部几何区域与三维空间网格控制体的映射模型,研究了样条曲线基函数几何特性对叶片几何构型的影响,实现了离心压气机叶片几何外形的局部精细化改型.结合B样条基FFD参数化方法、多目标进化算法和计算流体动力学对复杂叶片的局部区域进行了多工况气动寻优,优化结果表明:在满足约束条件的情况下,流场结构得到进一步的改善,额定工况和常用工况等熵效率分别提高了0.48%和0.40%,喘振裕度分别提升了1.6%和1.8%,利用较少的设计变量实现了离心压气机复杂曲面叶片高效灵活的精细化设计,为离心叶轮的气动优化设计提供了新的理论依据.

关键词： FFD参数化方法离心压气机叶片灵活精细设计多工况气动优化等熵效率

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基于椭圆拓扑变换的叶片二维叶型参数化方法

机械工程学报 2023年第7期59卷 81-91页

作者：佀传瑞成金鑫陈志同张云朱正清陈明升北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京科技大学机械工程学院北京100083 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

叶型参数化方法服务于叶片设计、制造和再制造全生命周期。针对目前叶型参数化方法难以兼顾造型参数几何含义直观和叶型曲率及曲率导数的连续性问题,提出了一种基于椭圆拓扑变换的二维叶型参数化方法。该方法基于椭圆与叶型曲率分布特... 详细信息

叶型参数化方法服务于叶片设计、制造和再制造全生命周期。针对目前叶型参数化方法难以兼顾造型参数几何含义直观和叶型曲率及曲率导数的连续性问题,提出了一种基于椭圆拓扑变换的二维叶型参数化方法。该方法基于椭圆与叶型曲率分布特征与拓扑结构的一致性,通过构造多个拓扑变换使椭圆变形成二维叶型。在变形过程中,建立了叶型主要几何特征参数与造型参数的一一对应关系且自然地保持了椭圆的高阶连续性。为验证该方法的有效性,对不同几何特征的叶型进行了反演验证。结果表明,与现有方法相比,该方法可用更少的造型参数实现更高的拟合精度;反演叶型曲率及曲率的导数均连续变化;反演叶型和原始叶型气动性能保持很好的一致性;改变单个造型参数可直观地改变叶型几何特征。因此,该参数化方法更易设计出低损失高负荷的叶型,传递的设计意图也更易被制造和再制造环节理解使用,有利于保障叶片的最终服役性能。

关键词：参数化方法椭圆拓扑变换叶片二维叶型叶片全生命周期

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轴流压气机跨音叶型前缘优化设计

兵器装备工程学报 2023年第3期44卷 246-253页

作者：刘基盛李威贾志新成金鑫北京科技大学机械工程学院北京100083

叶型前缘的几何外形直接影响轴流压气机的综合气动性能,为了研究前缘椭圆度的最佳区间变化规律,对跨音叶型Stator35叶中截面进行了优化设计。基于参数化方法和元启发式算法建立了叶型前缘椭圆度的寻优模型,探讨了圆形和椭圆形前缘叶型... 详细信息

叶型前缘的几何外形直接影响轴流压气机的综合气动性能,为了研究前缘椭圆度的最佳区间变化规律,对跨音叶型Stator35叶中截面进行了优化设计。基于参数化方法和元启发式算法建立了叶型前缘椭圆度的寻优模型,探讨了圆形和椭圆形前缘叶型的气动性能,对比分析了多种椭圆度前缘叶型的流场结构,并对椭圆前缘三维叶片的几何外形进行了气动寻优。结果表明:椭圆度前缘叶型在全工况范围内降低了总压损失系数,拓宽了3°攻角,提升了落后角和折转角性能;跨音叶型椭圆前缘设计存在最佳椭圆度区间[0.8,0.9],并且转捩点位置距前缘距离与分离泡长度负相关;优化后设计点处椭圆前缘叶片的绝热效率提高了0.4%,且在全流量范围内绝热效率均高于原始叶片,喘振裕度从9.8%提升到12.4%。

关键词：轴流压气机跨音叶型前缘椭圆度优化设计

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基元叶栅攻角特性多目标优化

航空动力学报 2017年第12期32卷 3064-3072页

作者：成金鑫向航陈江北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

采用多段Bezier曲线对轴流压气机叶型予以参数化表达,通过Isight优化平台,结合S1流面数值模拟分析,以改良的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对美国NASA单级轴流跨声压气机Stage 35的动叶和静叶叶中截面基元叶栅进行攻角特性的多目标优化,... 详细信息

采用多段Bezier曲线对轴流压气机叶型予以参数化表达,通过Isight优化平台,结合S1流面数值模拟分析,以改良的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对美国NASA单级轴流跨声压气机Stage 35的动叶和静叶叶中截面基元叶栅进行攻角特性的多目标优化,优化目标是降低全攻角范围内的总压损失系数以及拓宽攻角适应性范围。以总压损失系数最小点以及总压损失系数相对最高点和最低点的差值作为优化目标函数,叶栅流量不变为约束条件。结果表明:优化显著降低了动、静叶叶中截面基元叶栅的总压损失系数,并使其攻角适应性范围分别拓宽了5°和3°。

关键词：基元叶栅多目标优化总压损失系数攻角特性

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改进人工蜂群算法及其轴流压气机优化应用

推进技术 2019年第6期40卷 1264-1273页

作者：成金鑫陈江向航北京航空航天大学能源与动力工程学院

为了探索更优的全局优化算法并将其应用于轴流压气机气动优化上,将标准人工蜂群(ABC)算法中采蜜蜂和观察蜂探索新蜜源的方式进行改进,从而更好地利用总体蜜源的探索信息,得到改进人工蜂群(IABC)算法。经基准函数测试表明,改进算法既能... 详细信息

为了探索更优的全局优化算法并将其应用于轴流压气机气动优化上,将标准人工蜂群(ABC)算法中采蜜蜂和观察蜂探索新蜜源的方式进行改进,从而更好地利用总体蜜源的探索信息,得到改进人工蜂群(IABC)算法。经基准函数测试表明,改进算法既能提升全局寻优能力,又能加快收敛速度。采用IABC算法和经过校核的CFD数值方法搭建优化平台,对单级跨声速轴流压气机Stage35进行优化。优化变量为动叶和静叶径向6个截面的弯、掠、前缘重弯值和尾缘重弯值,以流量和压比相对变化保持在0.5%以内为约束条件,以提高绝热效率为优化目标。结果表明:在设计转速下,优化后设计点绝热效率提升0.83%,全工况范围内平均绝热效率提升2.0%,同时喘振裕度提升1.0%,验证了IABC算法在轴流压气机优化中的有效性。

关键词：改进人工蜂群算法全局寻优收敛速度轴流压气机

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镉对大鼠睾丸组织piRNA表达的影响

中华男科学杂志 2022年第9期28卷 779-785页

作者：成金鑫夏超张浩付国庆易玲娜全超周婷张玲石玉琴武汉科技大学公共卫生学院环境毒理学研究室/职业危害识别与控制湖北重点省实验室湖北武汉430065 鄂州市疾病预防控制中心湖北鄂州436000

目的:研究镉对大鼠睾丸组织piRNA表达的影响及其可能的机制。方法:将6周龄的12只SD大鼠利用随机数表分为对照组和镉染毒组,对照组用生理盐水进行灌胃,镉染毒组用CdCl2染毒液[3 mg/(kg·d)]进行灌胃染毒,28 d后收集睾丸组织,采用CASA精... 详细信息

目的:研究镉对大鼠睾丸组织piRNA表达的影响及其可能的机制。方法:将6周龄的12只SD大鼠利用随机数表分为对照组和镉染毒组,对照组用生理盐水进行灌胃,镉染毒组用CdCl2染毒液[3 mg/(kg·d)]进行灌胃染毒,28 d后收集睾丸组织,采用CASA精子分析系统记录精子浓度及活力,利用基因芯片进行piRNA测序,对差异piRNA进行生物信息学分析。结果:与对照组相比,镉染毒组大鼠的精子浓度和活力都显著降低(P<0.05),睾丸组织中有272个piRNA表达上调,402个piRNA表达下调,经验证,4个上调的piRNA表达结果与基因芯片结果一致。生物信息学分析结果表明,4个上调的piRNA靶基因参与细胞凋亡过程的负调控、基因表达的正调控、GTPase活性正调控等50个生物过程,主要富集于癌症中的转录失调、钙信号通路、丝裂原活化蛋白激酶信号通路等13个信号通路中,其中piRNA-DQ765261与Bcl-2有结合位点。结论:镉可引起大鼠睾丸组织中piRNA表达改变,其中某些piRNA可能在精子的自噬和凋亡过程中起着重要的作用,Bcl-2可能是piRNA-DQ765261的靶点。

关键词：镉睾丸 piRNA 基因芯片大鼠

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多级轴流压气机通流造型一体化设计研究

工程热物理学报 2016年第6期37卷 1218-1224页

作者：闫转运成金鑫陈江北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

多级轴流压气机气动设计的核心是S2通流设计和叶片造型设计。为了提高设计效率、降低时间成本,研究开发了多级轴流压气机通流、造型一体化设计方法。通过将S2通流设计反问题与叶片造型耦合联结,一体化设计获取压气机气动流场参数和流道... 详细信息

多级轴流压气机气动设计的核心是S2通流设计和叶片造型设计。为了提高设计效率、降低时间成本,研究开发了多级轴流压气机通流、造型一体化设计方法。通过将S2通流设计反问题与叶片造型耦合联结,一体化设计获取压气机气动流场参数和流道、叶片几何,并直接与全三维数值模拟相衔接,可快速得到基本满足目标需求的初始设计。通过一体化反演设计具有设计数据与试验结果的美国E^3十级高压压气机前六级,其设计点的流量、绝热效率误差范围均在2.5%内,具有较好的工程精度,验证了研发的多级轴流压气机通流造型一体化设计的有效性与实用性。

关键词：轴流压气机气动设计 S2通流叶片造型 E^3高压压气机