基于控制理论的叶轮机械叶栅气动优化设计理论及方法的研究

发展先进的叶栅气动反设计及优化设计理论与方法，对于研发高性能叶轮机械、降低设计成本具有重要的理论意义和应用前景。基于控制理论的形状优化设计方法代表了当前国际先进的设计理论及其发展趋势，本项目将该方法引入到叶轮机械内流气动设计领域，旨在通过研究基于控制理论的形状优化设计方法，发展和完善三维叶栅气动反设计及优化设计理论。通过推导三维Navier-Stokes方程的内流伴随方程及其边界条件和敏感性导数计算式，研究伴随变量的物理意义，建立具有快速精确的灵敏度分析的叶栅气动反设计及优化模型；通过对伴随系统的适定性及对气动性能的可控性的讨论，给出目标泛函的选取原则，提出叶栅优化控制策略；通过研究叶栅三维造型方法并结合CFD求解技术及最优化算法，研发高效实用的叶栅三维气动优化设计体系；通过实际叶栅的气动反设计算例和优化算例及其吹风试验，验证本项目提出的基于控制理论的叶栅气动优化设计方法的正确性及经济性。