综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法

技术特征：
1.综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：包含以下步骤：一、叶轮几何模型的设计：确定叶轮的设计工况参数，通过叶轮建模软件设计叶轮几何模型，之后采用计算流体动力学分析方法将叶轮几何模型导入turbogrid中建立单流道网格模型，再导入cfx软件进行计算流体动力学分析，得到叶轮的气动性能目标函数，如果得到的气动性能小于设定值，则通过不断修改叶轮的几何参数建立新的叶轮几何模型，直至设计出气动性能满足要求的叶轮几何模型；二、数据样本采集：根据叶轮几何模型选择合适的叶轮设计变量和气动性能目标函数，确定叶轮设计变量的设计范围，采用实验设计方法在设计变量的设计范围内按数目m生成设计变量样本点，数目m初始为80，在叶轮建模软件中建立m组叶轮几何模型，对m组叶轮几何模型重复步骤一，得到m组样本点对应的气动性能目标函数；三、相关性分析：根据步骤二得到的m组样本点，采用协方差方法计算设计变量对气动性能目标函数的影响程度，保留对气动性能目标函数影响较大的设计变量，筛除影响程度较小的设计变量；四、建立代理模型：根据步骤三确定的新的设计变量，采用实验设计方法在设计范围内按数目n生成样本点，数目n初始为40，采用与步骤一相同的计算流体动力学分析方法得到n组样本点对应的气动性能目标函数，根据新的设计变量样本点以及对应的气动性能目标函数建立近似模型；五、代理模型精度验证：采用实验设计方法在设计范围内按数目p生成样本点，数目p初始为20，采用与步骤一相同的计算流体动力学分析方法得到p组样本点对应的目标函数，将p组样本点作为测试集，采用多重决定系数与均方根差作为误差分析方法对代理模型的精度进行评估，判断代理模型的精度是否满足要求，如不满足精度要求则重复步骤四，增大数目n的样本点数量，再对新建立的代理模型进行精度验证，直至满足精度要求；六、优化算法：根据步骤二的叶轮的设计变量与气动性能目标函数建立优化数学模型，根据优化数学模型采用优化算法对近似模型寻最优值，当气动性能目标函数相邻两次优化值的变化小于设定值时即为收敛，将所得的优化设计变量采用与步骤一相同的计算流体动力学分析方法，当得到的最优气动性能目标函数的预测值与计算流体动力学分析得到的计算值相对误差小于设定值时，优化结束，反之则将这组最优样本点添加至代理模型中，重复步骤六，直至预测值与计算值的相对误差小于设定值；七、叶轮加工与镜像补偿：通过五轴数控机床加工叶轮理论模型，采用在机测量技术得到实际加工叶轮的叶片测点数据，与叶轮理论模型的叶片测点数据对比得到总体加工误差，根据优化后设计变量建立优化叶轮模型，根据得到的总体加工误差采用镜像误差补偿法对优化叶轮模型进行补偿，得到补偿叶轮模型，通过五轴数控机床加工补偿叶轮模型，保证两次加工的工况条件相同。2.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：步骤二中实验设计方法为正交试验法、均匀设计法、全析因设计法或者拉丁超立方设计法。3.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：步骤四中的代理模型为响应面模型、人工神经网络模型或者克里金模型。
4.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：步骤二的实验设计方法为最优拉丁超立方设计法，步骤四的代理模型为克里金模型。5.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，步骤六中的优化算法为快速非支配排序遗传算法。6.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：步骤三的协方差方法具体为：假设某设计变量为x，某一气动性能目标函数为y，两者之间的协方差为：cov(x,y)＝e[x-e(x)][y-e(y)]
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(1)若σ
x2
，σ
y2
分别为x，y的方差，则：则ρ
xy
称为变量x和y的相关系数，绝对值的大小表示相关性的强烈程度，正负值则对应着是否为正负相关。7.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：步骤五中多重决定系数为r2，均方根差分别为rmse；其中，y
i
为第i个样本的实际值，为对应的代理模型预测值，n为样本数量，r2的取值范围为[0,1]。8.根据权利要求1所述的综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，其特征在于：优化数学模型为：式中，i为设计变量的数目，f(x
i
)取最大值的气动性能目标函数，g(x
i
)为取约束值得气动性能目标函数，对优化算法设置初始种群数量、遗传代数、交叉概率和变异概率。

技术总结
综合考虑加工精度与气动性能的离心压气机叶轮再设计方法，它包含以下步骤：一、叶轮几何模型的设计：二、数据样本采集：根据叶轮几何模型选择合适的叶轮设计变量和气动性能目标函数，确定叶轮设计变量的设计范围；三、相关性分析；四、建立代理模型：根据新的设计变量样本点以及对应的气动性能目标函数建立近似模型；五、代理模型精度验证；六、优化算法：根据优化数学模型采用优化算法对近似模型寻最优值；七、叶轮加工与镜像补偿：根据得到的总体加工误差采用镜像误差补偿法对优化叶轮模型进行补偿，得到补偿叶轮模型，本发明保证了叶轮的加工精度在制造公差范围内，均衡折中达到了叶轮的高精度与高性能要求。轮的高精度与高性能要求。轮的高精度与高性能要求。


技术研发人员：项四通 周涛 虞奔 劳静文 李浓
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：2022.10.09
技术公布日：2023/1/31