【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涡轮设计，特别涉及一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法及系统。
技术介绍
1、为了满足飞机结构设计和气动性的要求，实现结构紧凑性要求，航空发动机的涡轮叶片会采用大小叶片组合设计。惯性作用使得气流容易在叶片吸力侧发生分离，为了阻止气流的分离，在最容易出现气流分离的叶片通道后半部分局部增加小叶片。这样就可以抑制甚至消除气流分离，避免气流的堵塞，让气流更顺畅的通过流道。使用大小叶片技术可以在保持高的气动稳定性，提高发动机的推重比。
2、在涡轮的整个工作过程中，由于流体存在粘性和流动过程中存在的径向、轴向及周向压力梯度的影响，使得端区的二次流动现象极其复杂，主要包括马蹄涡、通道涡、壁角涡以及流动的分离和再附着等，使涡轮的效率明显下降。
3、其中，在涡轮各级叶珊中，二次流损失是导致动静叶珊流动损失的主要原因之一。在动静叶珊流动过程中，由于端壁、叶片表面流动边界层的影响，会在叶珊流道中尤其是叶片前缘位置产生较大的二次涡系结构，这些二次涡系的形成会使叶珊在流动过程中产生较大的损失。尤其随着航空发动机逐渐向高循环热力参数、高推重比方向发展，涡轮叶片的负荷越来越高，导致叶片通道中周向压力梯度的增强和端区二次流的气动损失可以达到整个涡轮气动损失的三分之一。其中在叶片前缘产生的马蹄涡是影响叶片通道内二次流的重要涡系。由于在叶片前缘滞止点处压力梯度大于0，流体在靠近前缘的部位会产生减速。流速降低，导致下游压力大于上游压力，形成逆压力梯度。当逆压力梯度增加到一定程度后，流体原来的运动不仅会停止，而且会在逆压力梯度的
4、在大小叶片涡轮领域，快速设计出符合涡轮要求的大小叶片是涡轮设计的关键环节。目前，涡轮大小叶片的设计方法主要包括单独设计法和联合设计法，单独设计法是对大小叶片分别单独设计，分别设计完成后在进行组合，这种方法的造型设计效率较低，且由于造型时割裂了在气动上相互影响,从而不能保证大小叶片涡轮的气动性能最优；联合设计法是大小叶片的设计在一个设计界面中同时进行，但目前的设计方法所借助商业软件均存在设计周期长，自由度低，造型设计受限的问题。
5、综上，目前的大小叶片涡轮设计方法普遍存在设计效率较低、气动性能差和造型设计受限等诸多问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法及系统，采用以下技术方案：
2、一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，包括以下步骤：
3、构建设计模型，选取大小叶片涡轮的几何特征参数，作为设计模型的输出变量，将大小叶片涡轮的气动参数作为设计模型的输入变量；
4、根据大小叶片叶型控制点，生成拟合后的曲线数据库，并对曲线数据库进行筛选获得叶型数据库；
5、对叶型数据库进行归一化处理，获得大小叶片叶型数据库；
6、对大小叶片叶型数据库进行几何特征参数提取，获得大小叶片几何特征参数数据库；
7、求解大小叶片几何特征参数数据库，获得大小叶片涡轮的气动参数；
8、通过大小叶片涡轮的气动参数以及大小叶片涡轮的几何特征参数构建初始样本数据集；
9、通过初始样本数据集对设计模型进行训练，通过训练后的设计模型进行大小叶片涡轮的设计。
10、进一步的，构建设计模型包括以下步骤：
11、构建神经网络模型作为设计模型，神经网络模型结构包括六层，第一层为大小叶片涡轮的气动参数输入层，中间四层用于传输数据，第六层输出相应的大小叶片涡轮的几何特征参数，每层之间采用elu激活函数。
12、进一步的，根据大小叶片叶型控制点，生成拟合后的曲线数据库，包括以下步骤：
13、选取轴流大小叶片涡轮中一组大小叶片作为参考叶片，选取参考叶片中部展向位置作为截面，并以截面下叶型作为参考叶型；
14、选取参考叶型中大叶片压力面、大叶片吸力面、小叶片压力面和小叶片吸力面上的部分控制点，构建参考叶型控制点数据库；
15、对参考叶型控制点数据库中大叶片压力面控制点、大叶片吸力面控制点、小叶片压力面控制点和小叶片吸力面控制点分别采用核回归方法进行拟合，得到压力面曲线与吸力面曲线，从而获得大叶片叶型和小叶片叶型；
16、移动大叶片压力面控制点、大叶片吸力面控制点、小叶片压力面控制点和小叶片吸力面控制点的位置，改变大叶片叶型形状和小叶片叶型形状，获得曲线数据库。
17、进一步的，对曲线数据库进行筛选获得叶型数据库，包括以下步骤：
18、采用拉丁超立方采样法，对曲线数据库进行筛选，以叶型型线无间断和型线光滑为标准进行初取样，获得符合标准的叶型；
19、在符合标准的叶型中筛选出符合设计模型标准的叶型，获得叶型数据库。
20、进一步的，对叶型数据库进行归一化处理，获得大小叶片叶型数据库，包括以下步骤：
21、选取叶型数据库中最大的轴向弦长对叶型数据库进行归一化处理，使数据特征在0～1范围内，获得大小叶片叶型数据库。
22、进一步的，对大小叶片叶型数据库进行几何特征参数提取，获得大小叶片几何特征参数数据库，包括以下步骤：
23、采用拉丁超立方采样法对大小叶片叶型数据库中的叶片组进行几何特征参数的提取，获得叶型组的几何特征参数。
24、进一步的，大小叶片涡轮的气动参数包括入口马赫数、出口马赫数、入口总压、入口总温和总压恢复系数。
25、进一步的，通过初始样本数据集对设计模型进行训练，包括以下步骤：
26、将初始样本数据集分为训练集和测试集；
27、通过训练集对神经网络模型进行训练，通过测试集对训练后的神经网络模型进行测试，测试通过后停止训练，获得训练后的神经网络模型；
28、获得已设计完成的大小叶片涡轮的已知几何特征参数和已知气动参数，将已知气动参数输入训练后的神经网络模型中，获得设计几何特征参数，将设计几何特征参数与已知几何特征参数进行比对，评估神经网络模型的可靠性。
29、进一步的，通过训练后的设计模型进行大小叶片涡轮的设计，包括以下步骤：
30、根据大小叶片涡轮的原几何特征参数得到的大小叶片涡轮的气动参数，将大小叶片涡轮的气动参数输入训练后的神经网络模型，获得大小叶片涡轮的设计几何特征参数；
31、根据大小叶片涡轮的设计几何特征参数与原几何特征参数的误差，若误差大于设定值，则对初始样本数据集进行参数优化，否则输出设计结果。
32、本专利技术还提供一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计系统，包括：
33、模型建立模块，用于构建设计模型，选取大小叶片涡轮的几何特征参数，作为设计模型的输出变量，将大小叶片涡轮的气动参数作为设计模型的输入变量；
34、第一数据处理模块，用于根据大小叶片叶型控制点，生成拟合后的曲线数据库，并对曲线数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，构建设计模型包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，根据大小叶片叶型控制点，生成拟合后的曲线数据库，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，对曲线数据库进行筛选获得叶型数据库，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，对叶型数据库进行归一化处理，获得大小叶片叶型数据库，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，对大小叶片叶型数据库进行几何特征参数提取，获得大小叶片几何特征参数数据库，包括以下步骤：
7.根据权利要求1-6任一所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，大小叶片涡轮的气动参数包括入口马赫数、出口马赫数、入口总压、入口总温和总压恢复系数。
8.根据权
9.根据权利要求2或8所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，通过训练后的设计模型进行大小叶片涡轮的设计，包括以下步骤：
10.一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，构建设计模型包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，根据大小叶片叶型控制点，生成拟合后的曲线数据库，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，对曲线数据库进行筛选获得叶型数据库，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的大小叶片涡轮设计方法，其特征在于，对叶型数据库进行归一化处理，获得大小叶片叶型数据库，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于数据驱动...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾飞，李维，宋友富，陈奕宏，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。