2024年4月24日发(作者：守天路)
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第８期 机械设计与制造
２００６年８月 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉａｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ —ｌ７一
文章编号：１００１—３９９７（２０ｏ６）０８—００１７—０２
１＋１／２ 对转涡轮的气动设计与分析
卢 蕊乔渭阳（西北工业大学，西安７１００７２）
Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
ＬＵ Ｒｕｉ，ＱＩＡＯ Ｗｅｉ—ｙａｎｇ（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ）
关键词：对转涡轮；流线曲律法；叶型设计；ＣＦＤ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｓ￡畸ｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｄｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｌ＋ｌ／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｆｒｅｅ—ｖｏｒｔｅｘ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅａｍｌｉｅｎ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ａｅｒｏ－
ｄｙｎａｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｅｈ ｃｏｕｎｔｅｒ——ｒｏｔａｔｉｇｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｅｎ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ
ｐｒｏｉｆｌｅ ｄｅｓｉｇｎ Ｗａｓ ｓｕｅｄ ｔｏ ｅｄｓｉｇｎ ｔｈｅ ２Ｄ ｐｒｏｉｆ如ａｎｄ ｔｅｈ Ｂｅｚｉｅｒ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ２Ｄ ｐｒｏｉｆｌｅ．
Ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｅｈ ３Ｄ ｂｌａｄｅ．Ｔｈｅ ＣＦＤ ｓｏｔｆｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｅｈ ２Ｄ ｆｌｏｗ
ｉｆｅｋｉ ａｎｄ ｔｅｈ ３Ｄｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｒｕｂｉｎｅ． ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ；Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ；Ｂｌａｄｅ ｄｅｓｉｇｎ；ＣＦＤ
、 ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．。
●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ
中图分类号：ＴＨ１３２ ＴＨ１３８文献标识码：Ａ
１引言
对转涡轮的叶栅道采取等内径方法设计。通道的内径通过
对转涡轮相对传统涡轮有重量轻、冷气用量少、长度短等等
载荷系数来计算；得到通道内径，已知进１２１马赫数和轴向进气条
显著的的优点，应用范围广，国外正在不遗余力进行对转涡轮的
件，由给定的流量要求就可以算出对转涡轮进１２１流道的外径：同
研究工作，并且达到了较高的水平，而且在涡扇、涡桨、涡轴、涡
样，对转涡轮的出口流道外径是选取合理的出口轴向马赫数通
喷及涡轮泵发动机上取得了很好的应用。因此采用对转涡轮作
过流量公式计算而来的。所设计的涡轮通道如图１所示，未对通
为提高未来航空发动机综合性能的主要方法之一，受到各国的
道进行非常详细的优化。
高度重视。
●Ｏ●．Ｏ●．Ｕ５＾ｖ．Ｏ● ●Ｏ●Ｏ●０● ．． ●０●．Ｏ●Ｏ●々．ｏ． Ｖ●． ●
参考了某型发动机总体设计对常规两级涡轮的性能要求参
数，利用所发展的设计体系进行了１＋１／２对转涡轮的气动设计。
２ １＋１／２对转涡轮设计与分析
在某型发动机总体设计对常规两级涡轮的性能要求基础
图１ １＋１／２对转涡轮通道
上，各项性能参数要求不变的情况下，以１＋１／２对转涡轮为研
Ｆｉｇ．１ Ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
究对象，通过控制高压转叶出口的环量分布对涡轮的子午面进
行设计，根据结果进行１＋１／２对转涡轮的叶片造型设计，最终
２．１ Ｓ２流面设计
设计出能达到相应性能要求的１＋１／２对转涡轮。
１＋１／２对转涡轮子午面设计的过程是根据总体对涡轮性
能的要求，初步给定子午流道及流道中各排叶片沿径向变化的
这里设计的１＋１／２对转涡轮的性能要求，参考某型涡扇
发动机常规燃气涡轮的性能参数，如下表１所示。
初始损失，经过多次 流面调整，在满足涡轮功率、效率要求的
前提下，获得涡轮各叶片排进出口沿径向各截面的速度三角形、
表１涡轮性能要求
Ｔａｂ．１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ
气动热力参数、级参数和涡轮参数。
这里的 流面设计采用基于流线曲率法的可控涡设计方
法，求解涡轮叶片排之间流场的径向平衡方程，包括径向分速、
流线及熵的径向变化。所谓“可控涡”，是通过控制环量沿叶高
的分布规律，改变流道内或叶栅后的静压沿叶高的分布，以改善
叶栅和级的气动性能的一种技术。
涡轮子午面流场的径向运动方程为：
★来稿日期：２００５—１１—１４
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一
１８一
＝
卢 蕊等：１＋１／２对转涡轮的气动设计与分析 第８期
｛【警一 ］＿ ）～［ｃｏ ｓ￣一 ０ｖ．］
计时，采用了比较高的叶栅稠度达到１．８—１．９，比起高压两排
的叶片１．３—１．４要大很多，当然增加叶栅稠度也导致了损失的
基于流线曲率法的可控涡方法进行＆流面气动设计，１ ４－
１／２对转涡轮速度三角形如图２。
图２高、低压转叶中径速度三角形示意图
Ｆｉｇ．２ Ｖｅｃｔｏｒ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｍｉｄｓｐａｎ ｏ￣．ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｒｔｏｒ
由于低压涡轮只有一排动叶，其前无静叶栅，动叶排前气流
参数为高压涡轮出口气流参数，没有了静叶调节气动参数，约束
了动叶排前气动参给最佳参数的选择增加了困难。如图２，低压
转速较高， 较大，从而ｎ，２和卢２较大， 甚至大于９Ｏ。，相应气
流转折角０较小，轮缘功厶与高压涡轮轮缘功差不大的情况
下，∞则偏小。如果对ａ，有要求，尝试各种努力使接近９Ｏ。，为
保证轮缘功厶，只有提高Ｇ．，使 提高， 一般小于１．４
１．５，即ａ，难满足设计要求。动叶在小转折角条件下，实现气流
从亚音速加速到超音速，并且大膨胀比、高焓降，设计难度很
大。为解决这个矛盾，要综合考虑高压涡轮的设计，在设计时，
尽可能满足性能要求的前提下对高压涡轮的出口气流参数进行
综合考虑，应尽量使得高压出口的气流角ｎ，２较小，气流绝对速
度 较大，使低压转叶加上反向的转速 后进口的相对气流
角 尽可能接近９Ｏｏ，减小设计约束和低压级的设计难度。图
４—７中＆设计出的低压转叶的相对进口气流角与轴向夹角分
别约１０—２０ｏ２－Ｅ右和２０—３０ｏ２－Ｅ右。所以需要特别注意对大转折
角的高压转叶和超音速低压转叶的叶型设计及优化的问题，以
期达到设计要求所做的功。
２．２二维叶片成型
这里的叶片造型采用参数法，其基本的设计思想是根据涡
轮进出口速度三角形分布，确定叶片中弧线和沿中弧线不同位
置的厚度分布。采用了ｂｅｚｉｅｒ曲线法对参数造型法后的叶型曲
线进行修正。
由图３高压导叶三个截面的压力分布，在进入喉道前区，压
力基本保持不变，经过喉部后压力继续膨胀降低。在压力面叶
盆型线上压力逐渐降低，变化比较均匀，直到喉部达到最低点，
压力沿型线分布都比较饱满。图４高压转叶从叶根到叶尖其压
力型线所包的面积是逐渐增大的，也就是叶片做功是从叶根到
叶尖是逐渐增大。图５低压对转转叶静压分布可以看出，总体上
其压力分布曲线都没有高压两排叶片的叶型分布饱满。基于低
压对转转叶排前气流参数为高压涡轮出口气流参数，没有了静
叶调节气动参数．约束了转叶排前最佳气动参数的选择这一气
动特点，低压转叶的做功能力受到了很大的限制。这正是小转
折角超音速叶型难设计的特点。所以在进行低压转叶的叶型设
增加。
图５低压对转转叶根、中、尖截面叶型和静压分布
Ｆｉｇ ５ Ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ｈｕｂ，
ｍｉｄ ａｎｄ ｔｉｐ ｏｆｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔｏｒ
２．３三维叶片成型及流场分析
利用设计好的二维叶型，进行径向积叠得到高压导叶、高压
转叶和低压转叶的三维造型图，如图６。其中导叶是以尾缘圆心
为积叠中心，转叶是以重心为积叠中心。
图６叶片排三维造型图
Ｆｉｇ．６ ３Ｄ ｂｌａｄｅ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
这里采用结构化网格，数值计算应用商用ＣＦＤ软件，通过
数值计算求解定常三维Ｎ—Ｓ方程，湍流模型采用工程上常用
的二方程湍流模型 一８模型。其进口条件是涡轮性能要求的
各进口参数其出口背压是经过 流面计算程序算出来的低压
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第８期
２００６年８月
文章编号：１００１—３９９７（２００６）０８—００１９—０３
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 一１９一
求解Ｊｏｂ—ｓｈｏｐ调度问题的混合遗传算法
马光锋晁彩霞（辽宁工程技术大学机械工程学院工业工程系，阜新１２３０００）
Ｈｙｂｒｉｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｓｏｌｖｉｎｇ ｊｏｂ—ｓｈｏｐ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ
ＭＡ Ｇｕａｎｇ—ｆｅｎｇ，ＣＨＡＯ Ｃａｉ—ｘｉａ
（ＩＥ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＢ４９文献标识码：Ａ
１引言
近年来，混合遗传算法的研究取得了很大的进展：Ｄａｇｌｉ等
★来稿Ｅｔ期：２００５—１０—２６
（１９９３）针对非线性多准则目标函数的离散调度环境提出了ＧＡ
和人工神经网络的混合算法；杨圣祥等（１９９８）用ＧＡ结合基于
约束的自适应神经网络求解ＪＳＳ；李小平等（１９９９）提出了一种
定界一遗传算法；Ｗｕ等（２０００）提出了ＧＡ和成组技术的混合方
出口的绝对压力。以下图７为，１＋１／２对转涡轮各排设计出来 同样适用于对转涡轮的气动设计。
的叶片三维造型后，经过全三维粘性流场数值模拟计算中的静
压、马赫数的分布情况。
（２）基于流线曲率法的可控涡技术，发展了ｌ＋ｌ／２对转涡
轮 流面的设计程序，其对 流面的设计结果各参数都控制
的很好，均在正常可用范围内。
（３）使用参数造型法来进行二维叶型设计，并在此基础上
发展了和ｂｅｚｉｅｒ曲线优化线型相结合的程序，最终设计出的
ｌ＋１／２对转涡轮叶型有较好的压力及马赫数分布。
（４）从速度三角形可以看出，高压涡轮转叶出口气流绝对
速度和方向是低压涡轮转叶进口气流绝对速度和方向，ｌ＋ｌ／
图７对转涡轮三维流场静压和马赫数分布
Ｆｉｇ．７ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｒｏａｃｈ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
２对转涡轮这一突出的气动特点，使得进行叶型设计的时候高
压转叶需采用大转折角超音速的设计，而对转低压转叶采用小
转折角超音速设计。
（５）对转涡轮高低压级之间的匹配问题是一个关键技术难
题，设计过程中需要对涡轮高低压级的功率、流量匹配反复调
经过ＣＦＤ软件的全三维粘性流场数值模拟计算，得出设计
出来的涡轮性能参数。
表２全三维流场计算１＋１／２对转涡轮性能参数
Ｔａｂ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ
１＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｉｂｎｅ
整，才能达到预期的目标。
参考文献
１季路成，陈江等．１＋１／２对转涡轮应用中的关键技术问题．工程热
物理学报，２００３，２４（１）：３５～３８．
２刘思永，王屏，方祥军，晏山平．无导叶对转涡轮新技术在高推比航空
发动机中的运用，航空动力学报，２００２，１７（４）：４９５～４９９．
３蔡睿贤，对转涡轮基本分析，航空学报，１９９２，１３（１）：５７～６３．
４【苏】柯别列夫，吉洪诺夫著。航空发动机涡轮计算，１９７８．
３结论
（１）通过改进常规涡轮气动设计的方法来进行对转涡轮的
设计没有什么明显的不同点，适用于常规涡轮气动设计的体系
５ Ｗｅｉ Ｎ．Ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｏｆ Ｌｏｓｓ Ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ Ａｅｒｏｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ
Ａｘｉａｌ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ
Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏｙａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０Ｏ０．
2024年4月24日发(作者：守天路)
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第８期 机械设计与制造
２００６年８月 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉａｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ —ｌ７一
文章编号：１００１—３９９７（２０ｏ６）０８—００１７—０２
１＋１／２ 对转涡轮的气动设计与分析
卢 蕊乔渭阳（西北工业大学，西安７１００７２）
Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
ＬＵ Ｒｕｉ，ＱＩＡＯ Ｗｅｉ—ｙａｎｇ（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ）
关键词：对转涡轮；流线曲律法；叶型设计；ＣＦＤ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｓ￡畸ｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｄｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｌ＋ｌ／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｆｒｅｅ—ｖｏｒｔｅｘ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅａｍｌｉｅｎ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ａｅｒｏ－
ｄｙｎａｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｅｈ ｃｏｕｎｔｅｒ——ｒｏｔａｔｉｇｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｅｎ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ
ｐｒｏｉｆｌｅ ｄｅｓｉｇｎ Ｗａｓ ｓｕｅｄ ｔｏ ｅｄｓｉｇｎ ｔｈｅ ２Ｄ ｐｒｏｉｆ如ａｎｄ ｔｅｈ Ｂｅｚｉｅｒ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ２Ｄ ｐｒｏｉｆｌｅ．
Ｔｈｅ ｓｔａｃｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｅｈ ３Ｄ ｂｌａｄｅ．Ｔｈｅ ＣＦＤ ｓｏｔｆｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｅｈ ２Ｄ ｆｌｏｗ
ｉｆｅｋｉ ａｎｄ ｔｅｈ ３Ｄｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｒｕｂｉｎｅ． ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ；Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ；Ｂｌａｄｅ ｄｅｓｉｇｎ；ＣＦＤ
、 ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．。
●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ．ｏ
中图分类号：ＴＨ１３２ ＴＨ１３８文献标识码：Ａ
１引言
对转涡轮的叶栅道采取等内径方法设计。通道的内径通过
对转涡轮相对传统涡轮有重量轻、冷气用量少、长度短等等
载荷系数来计算；得到通道内径，已知进１２１马赫数和轴向进气条
显著的的优点，应用范围广，国外正在不遗余力进行对转涡轮的
件，由给定的流量要求就可以算出对转涡轮进１２１流道的外径：同
研究工作，并且达到了较高的水平，而且在涡扇、涡桨、涡轴、涡
样，对转涡轮的出口流道外径是选取合理的出口轴向马赫数通
喷及涡轮泵发动机上取得了很好的应用。因此采用对转涡轮作
过流量公式计算而来的。所设计的涡轮通道如图１所示，未对通
为提高未来航空发动机综合性能的主要方法之一，受到各国的
道进行非常详细的优化。
高度重视。
●Ｏ●．Ｏ●．Ｕ５＾ｖ．Ｏ● ●Ｏ●Ｏ●０● ．． ●０●．Ｏ●Ｏ●々．ｏ． Ｖ●． ●
参考了某型发动机总体设计对常规两级涡轮的性能要求参
数，利用所发展的设计体系进行了１＋１／２对转涡轮的气动设计。
２ １＋１／２对转涡轮设计与分析
在某型发动机总体设计对常规两级涡轮的性能要求基础
图１ １＋１／２对转涡轮通道
上，各项性能参数要求不变的情况下，以１＋１／２对转涡轮为研
Ｆｉｇ．１ Ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
究对象，通过控制高压转叶出口的环量分布对涡轮的子午面进
行设计，根据结果进行１＋１／２对转涡轮的叶片造型设计，最终
２．１ Ｓ２流面设计
设计出能达到相应性能要求的１＋１／２对转涡轮。
１＋１／２对转涡轮子午面设计的过程是根据总体对涡轮性
能的要求，初步给定子午流道及流道中各排叶片沿径向变化的
这里设计的１＋１／２对转涡轮的性能要求，参考某型涡扇
发动机常规燃气涡轮的性能参数，如下表１所示。
初始损失，经过多次 流面调整，在满足涡轮功率、效率要求的
前提下，获得涡轮各叶片排进出口沿径向各截面的速度三角形、
表１涡轮性能要求
Ｔａｂ．１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ
气动热力参数、级参数和涡轮参数。
这里的 流面设计采用基于流线曲率法的可控涡设计方
法，求解涡轮叶片排之间流场的径向平衡方程，包括径向分速、
流线及熵的径向变化。所谓“可控涡”，是通过控制环量沿叶高
的分布规律，改变流道内或叶栅后的静压沿叶高的分布，以改善
叶栅和级的气动性能的一种技术。
涡轮子午面流场的径向运动方程为：
★来稿日期：２００５—１１—１４
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一
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＝
卢 蕊等：１＋１／２对转涡轮的气动设计与分析 第８期
｛【警一 ］＿ ）～［ｃｏ ｓ￣一 ０ｖ．］
计时，采用了比较高的叶栅稠度达到１．８—１．９，比起高压两排
的叶片１．３—１．４要大很多，当然增加叶栅稠度也导致了损失的
基于流线曲率法的可控涡方法进行＆流面气动设计，１ ４－
１／２对转涡轮速度三角形如图２。
图２高、低压转叶中径速度三角形示意图
Ｆｉｇ．２ Ｖｅｃｔｏｒ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｍｉｄｓｐａｎ ｏ￣．ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｒｔｏｒ
由于低压涡轮只有一排动叶，其前无静叶栅，动叶排前气流
参数为高压涡轮出口气流参数，没有了静叶调节气动参数，约束
了动叶排前气动参给最佳参数的选择增加了困难。如图２，低压
转速较高， 较大，从而ｎ，２和卢２较大， 甚至大于９Ｏ。，相应气
流转折角０较小，轮缘功厶与高压涡轮轮缘功差不大的情况
下，∞则偏小。如果对ａ，有要求，尝试各种努力使接近９Ｏ。，为
保证轮缘功厶，只有提高Ｇ．，使 提高， 一般小于１．４
１．５，即ａ，难满足设计要求。动叶在小转折角条件下，实现气流
从亚音速加速到超音速，并且大膨胀比、高焓降，设计难度很
大。为解决这个矛盾，要综合考虑高压涡轮的设计，在设计时，
尽可能满足性能要求的前提下对高压涡轮的出口气流参数进行
综合考虑，应尽量使得高压出口的气流角ｎ，２较小，气流绝对速
度 较大，使低压转叶加上反向的转速 后进口的相对气流
角 尽可能接近９Ｏｏ，减小设计约束和低压级的设计难度。图
４—７中＆设计出的低压转叶的相对进口气流角与轴向夹角分
别约１０—２０ｏ２－Ｅ右和２０—３０ｏ２－Ｅ右。所以需要特别注意对大转折
角的高压转叶和超音速低压转叶的叶型设计及优化的问题，以
期达到设计要求所做的功。
２．２二维叶片成型
这里的叶片造型采用参数法，其基本的设计思想是根据涡
轮进出口速度三角形分布，确定叶片中弧线和沿中弧线不同位
置的厚度分布。采用了ｂｅｚｉｅｒ曲线法对参数造型法后的叶型曲
线进行修正。
由图３高压导叶三个截面的压力分布，在进入喉道前区，压
力基本保持不变，经过喉部后压力继续膨胀降低。在压力面叶
盆型线上压力逐渐降低，变化比较均匀，直到喉部达到最低点，
压力沿型线分布都比较饱满。图４高压转叶从叶根到叶尖其压
力型线所包的面积是逐渐增大的，也就是叶片做功是从叶根到
叶尖是逐渐增大。图５低压对转转叶静压分布可以看出，总体上
其压力分布曲线都没有高压两排叶片的叶型分布饱满。基于低
压对转转叶排前气流参数为高压涡轮出口气流参数，没有了静
叶调节气动参数．约束了转叶排前最佳气动参数的选择这一气
动特点，低压转叶的做功能力受到了很大的限制。这正是小转
折角超音速叶型难设计的特点。所以在进行低压转叶的叶型设
增加。
图５低压对转转叶根、中、尖截面叶型和静压分布
Ｆｉｇ ５ Ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ｈｕｂ，
ｍｉｄ ａｎｄ ｔｉｐ ｏｆｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔｏｒ
２．３三维叶片成型及流场分析
利用设计好的二维叶型，进行径向积叠得到高压导叶、高压
转叶和低压转叶的三维造型图，如图６。其中导叶是以尾缘圆心
为积叠中心，转叶是以重心为积叠中心。
图６叶片排三维造型图
Ｆｉｇ．６ ３Ｄ ｂｌａｄｅ ｏｆ １＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
这里采用结构化网格，数值计算应用商用ＣＦＤ软件，通过
数值计算求解定常三维Ｎ—Ｓ方程，湍流模型采用工程上常用
的二方程湍流模型 一８模型。其进口条件是涡轮性能要求的
各进口参数其出口背压是经过 流面计算程序算出来的低压
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第８期
２００６年８月
文章编号：１００１—３９９７（２００６）０８—００１９—０３
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 一１９一
求解Ｊｏｂ—ｓｈｏｐ调度问题的混合遗传算法
马光锋晁彩霞（辽宁工程技术大学机械工程学院工业工程系，阜新１２３０００）
Ｈｙｂｒｉｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｓｏｌｖｉｎｇ ｊｏｂ—ｓｈｏｐ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ
ＭＡ Ｇｕａｎｇ—ｆｅｎｇ，ＣＨＡＯ Ｃａｉ—ｘｉａ
（ＩＥ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＢ４９文献标识码：Ａ
１引言
近年来，混合遗传算法的研究取得了很大的进展：Ｄａｇｌｉ等
★来稿Ｅｔ期：２００５—１０—２６
（１９９３）针对非线性多准则目标函数的离散调度环境提出了ＧＡ
和人工神经网络的混合算法；杨圣祥等（１９９８）用ＧＡ结合基于
约束的自适应神经网络求解ＪＳＳ；李小平等（１９９９）提出了一种
定界一遗传算法；Ｗｕ等（２０００）提出了ＧＡ和成组技术的混合方
出口的绝对压力。以下图７为，１＋１／２对转涡轮各排设计出来 同样适用于对转涡轮的气动设计。
的叶片三维造型后，经过全三维粘性流场数值模拟计算中的静
压、马赫数的分布情况。
（２）基于流线曲率法的可控涡技术，发展了ｌ＋ｌ／２对转涡
轮 流面的设计程序，其对 流面的设计结果各参数都控制
的很好，均在正常可用范围内。
（３）使用参数造型法来进行二维叶型设计，并在此基础上
发展了和ｂｅｚｉｅｒ曲线优化线型相结合的程序，最终设计出的
ｌ＋１／２对转涡轮叶型有较好的压力及马赫数分布。
（４）从速度三角形可以看出，高压涡轮转叶出口气流绝对
速度和方向是低压涡轮转叶进口气流绝对速度和方向，ｌ＋ｌ／
图７对转涡轮三维流场静压和马赫数分布
Ｆｉｇ．７ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｒｏａｃｈ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｂｉｎｅ
２对转涡轮这一突出的气动特点，使得进行叶型设计的时候高
压转叶需采用大转折角超音速的设计，而对转低压转叶采用小
转折角超音速设计。
（５）对转涡轮高低压级之间的匹配问题是一个关键技术难
题，设计过程中需要对涡轮高低压级的功率、流量匹配反复调
经过ＣＦＤ软件的全三维粘性流场数值模拟计算，得出设计
出来的涡轮性能参数。
表２全三维流场计算１＋１／２对转涡轮性能参数
Ｔａｂ．２ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ
１＋１／２ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｕｒｉｂｎｅ
整，才能达到预期的目标。
参考文献
１季路成，陈江等．１＋１／２对转涡轮应用中的关键技术问题．工程热
物理学报，２００３，２４（１）：３５～３８．
２刘思永，王屏，方祥军，晏山平．无导叶对转涡轮新技术在高推比航空
发动机中的运用，航空动力学报，２００２，１７（４）：４９５～４９９．
３蔡睿贤，对转涡轮基本分析，航空学报，１９９２，１３（１）：５７～６３．
４【苏】柯别列夫，吉洪诺夫著。航空发动机涡轮计算，１９７８．
３结论
（１）通过改进常规涡轮气动设计的方法来进行对转涡轮的
设计没有什么明显的不同点，适用于常规涡轮气动设计的体系
５ Ｗｅｉ Ｎ．Ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｏｆ Ｌｏｓｓ Ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ Ａｅｒｏｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ
Ａｘｉａｌ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ
Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏｙａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０Ｏ０．