伴随方法用于叶轮机优化设计的回顾与展望

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1、第37卷第5期航空发动机Vol_37No．52011年1O月Aeroengine0ct．2011伴随方法用于叶轮机优化设计的回顾与展望季路成，李伟伟一，伊卫林(1．北京理工大学宇航学院，北京100081；2．中国科学院工程热物理研究所，北京100190；3．中国科学院研究生院，北京100190)摘要：3维反问题方法停滞不前，叶轮机设计越加倚重基于CFD分析的计算机优化。然而，随着设计要求越发精细、设计参数越多，优化计算量越显著增加，一般优化方法越难以满足工程设计实践要求。因而，计算量与设计变量数目近乎无关的伴随方法一经引入便受

2、到航空领域深刻关注。以伴随方法发展过程中顺次突破的关键问题为主线，从流动领域引入伴随方法到外流领域的研究与应用，再到内流领域的探索尝试，回顾了国内外关于伴随方法的研究成果；在此基础上，面向深化在叶轮机设计领域的应用，对伴随方法进一步发展做出了展望。关键词：伴随方法；优化；叶轮机；几何外形；气动参数季路成(1970)，男，教授，研究方向为叶轮机气体动力学、CFD,能源动力机RetrospectandProspectforAdjointMethodApplyingto械、宇航能源动力等。TurbomachineyOptimizat

3、ionDesign基金项目：国家自然科学基金(51o0JILu—cheng，LIWei—wei。3YIWei—lin。6100)资助(1．SchoolofAerospaceEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China；收稿Lt期：2011-04—192．InstituteofEngineeringThermophysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；3．GraduateSchoolofCh

4、ineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Asnobreakthroughoccursinthree-dimensional(3D)inverseproblem，the3Ddesignofturbomaehineryincreasinglydependsoncomputer—basedoptimizations．However,withthedesignrequirementsbecomingmoresophisticated，moredesignparameter

5、susedleadtoamoreremarkableincreaseincomputationcost，andthegeneraloptimizationmethodsbecomemuchmoredifficultinmeetingtherequirementsofengineeringdesignpractice．Thus，theadjointmethodattractedmuchmoreattentioninaeronauticfieldbecauseitscomputationcosthasalmostnothingto

6、dowiththenumberofdesignvariables．Thedevelopmentofadjointmethodwasreviewedinextemalflowandtheninternalflow．Onthisbasis，fordeepeningitsresearchesandapplicationsinturbomachinery，thesuggestionsonfurtherdevelopmentabouttheadjointmethodarepresented．Keywords：adjointmethod；

7、optimization；turbomachinery；geometricshape；aerodynamicparameter设计以综合解决气动／气弹／噪声问题的研究成为主0引言流，设计要求愈发精细，设计变量数目进一步增多，目随着对相关流动认识的丰富以及设计手段由1标函数更复杂，优化计算量因而飞速增长，常规优化维、2维向3维方法发展，设计过程对于经验关系的依方法已越来越难以满足工程设计要求。根据寻优机制赖越来越少，而需要操作的设计变量却越来越多。基不同，优化算法分为遗传算法、模拟退火算法等随机于反问题的3维设计仍然不能摆脱依赖

8、经验或设计类方法和有限差分法、线化方法、伴随方法等梯度类参数过多的局面，加之缩短设计周期、提高设计自动方法。其中伴随方法具有明显优势l1l：针对微分方程控化的需求，使得基于CFD的叶轮机优化设计愈发成为制的优化问题，不管设计变量数目多少，采用伴随方工程应用主流方向之一，进展显