طراحی معکوس کسکید پره کمپرسور محوری در جریان غیر لزج مادون صوت با استفاده از روش پوسته الاستیک ارتقاءیافته

در مسائل طراحی معکوس، هدف محاسبه هندسه متناظر با توزیع فشار مطلوب در راستای دیواره‌ها می باشد. یکی از جدیدترین روش های طراحی معکوس روش پوسته الاستیک است که در آن دیواره ایرفویل به‌صورت یک تیر خمیده انعطاف‌پذیر مدل شد و اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل بود. نسخه اول روش پوسته الاستیک در طراحی معکوس پره کمپرسور محوری با لبه تیز به علت گرادیان های شدید فشار در لبه ابتدائی پره دچار نوسان، ناپایداری و واگرائی می‌شود به‌طوری‌که قابل استفاده برای جریان کسکید پره با لبه تیز نیست. هدف از انجام این پژوهش، توسعه روش طراحی معکوس پوسته الاستیک برای کسکید کمپرسور محوری با پره لبه تیز است. مبنای اصلی این ارتقاء توجه به ویژگی منحنی خیز تیر بوده که در همه نقاط پیوسته و مشتق‌پذیر است. به عبارت دیگر برخلاف نسخه اول، در نسخه ارتقاءیافته بدون اعمال هیچ‌گونه فیلتراسیون هندسی جهت برطرف کردن شکستگی های پروفیل‌های میانی، تماماً از خاصیت فیزیکی تیر تیموشنکو در تغییر شکل‌های بزرگ استفاده می‌شود. جهت افزایش میزان جابه‌جایی تیر در هر مرحله تغییر شکل، از یک رابطه بهینه بین مشخصات تیر شامل مدول الاستیسیته، ضخامت و عرض تیر استفاده می‌شود. در نهایت، اعتبارسنجی نسخه ارتقا یافته در چند مورد برای رژیم مادون صوت غیر لزج انجام شده است. نتایج بیانگر توانائی، انعطاف‌پذیری و نرخ هم‌گرائی بالای روش ارتقا یافته در طراحی پره‌های کمپرسور محوری است.

Inverse Design of Axial Compressor Cascade Blades in Inviscid Subsonic Flow Using Upgraded Elastic Surface Method

The aim of inverse design problems is achieving a geometry corresponding to the wall target pressure distribution. One of the newest inverse design methods, was Elastic Surface Algorithm (ESA) in which the airfoil wall was modeled as a flexible curved beam and the difference between target and current pressure distributions in each iteration was the deformation factor of the airfoil wall. The first version of ESA used for the inverse design of sharp leading edge blade of axial flow compressors, is subject to oscillation, instability and divergence due to high pressure gradients on the blade leading edge. Therefore, it cannot be used for a sharp leading edge blade. The purpose of this research is to develop ESA for axialflow compressor cascade with sharp leading edge blades. The main basis of this Improvement is paying attention to the deflection curve of the beam, which is continuous and differentiable in all points. The physical property of Timoshenko’s beam in large deformations is used in the upgraded version without applying any geometric filtration to eliminate the fractures of the intermediate profiles. In order to increase the displacement of the beam at each iteration, an optimal relationship between the beam characteristics including the elasticity modulus, the thickness and width of the beam is used. Finally, the upgraded version has been validated in a few cases for subsonic inviscid flow regime. The results indicate the robustness, flexibility and high convergence rate of the upgraded ESA in the design of axialflow compressor blades.