解决方案——燃气轮机与航空发动机

燃气轮机与航空发动机

燃气轮机，全称燃气涡轮发动机，是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量

转换为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机产业链长，产品附加

值高，涉及机械、冶金、材料、化工、能源、电子、信息等诸多领域，学科涵盖气动力学、工程

热力学、燃烧学、结构力学、控制理论、材料学、制造工艺等基础学科和工程技术领域，其中重

型燃机更是被誉为“工业皇冠上的明珠”。

而航空发动机与燃气轮机工作原理基本相同，其核心技术也有相似之处。航空发动机主要包括涡

轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。

2012年，为进一步提升我国航空发动机和燃气轮机行业的自主创新能力，党中央、国务院批准

设立“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项，将“两机”作为重点技术攻关目标。

“两机”领域涉及到的众多学科及其交叉应用，设计工作极其复杂，需要大量计算和试验，周期

长、成本高。而随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，“两机”领域的企业单位完全可以将这种先

进的研发手段与试验和经验相结合，从而提升研发设计能力，缩短开发周期。

相关软件模块：

定制化开发平台及模块：TT-Foundation，参数化几何引擎，自动网格引擎，自主CFD求解器，

自主FEA求解器，前后处理器，优化器，数据库

透平机械集成设计软件TurboTides

系统级流体管网分析软件FlowSystem

飞机气动外形设计优化软件

智能优化软件OptiPro

超大规模网格生成软件TT-Mesh

模型降阶软件ROM Builder

飞行器红外特性分析软件

燃机/航发性能预测降阶模型

模型降阶软件ROM Builder可基于已有试验或仿真数据，利用AI/ML的方式生成表征系统动态特

性的降阶模型(ROM)。对于燃机和航发这类高度复杂的设备，每次试验和仿真都需要耗费巨大的

经济成本和时间成本。因此利用已有型号的试验数据，训练基于AI/ML和关键物理机理的降级模

型，并将此降阶模型用于预测具有一定相似准则的新型号的性能，则可以 极大地提高新型号设

计的迭代效率，降低实验成本，节约设计时间，为用户单位创造价值。

透平叶片冷却设计

燃气轮机是航空、舰船、能源等领域的关键动力装备。为了提升燃气轮机性能经常需要提高涡轮

进口温度，现代燃气轮机的涡轮进口温度已经远超过叶片材料的许用温度，因此对涡轮叶片进行

有效冷却成为燃机轮机的核心技术之一。

太泽开发的透平叶片冷却设计软件通过几何引擎生成详细的冷却特征（core passages核心通

道、pin fin劈缝、cooling hole冷却孔、rib turbulator扰流肋），并通过参数化输入对其进行

操作。然后通过热流体管网分析组件生成一维热流体网络模型进行流动传热分析，并在此基础上

使用3D CFD求解器进行详细计算以了解冷却结构的性能。最后通过基于AI/ML的智能优化器对

参数化的冷却几何结构进行自动优化。这一解决方案可以替代现行较普遍的手工设计迭代流程，

提高用户单位的设计效率并获得更优的设计成果。

压气机/透平气动设计优化

对于两机领域的压气机和透平等旋转机械而言，叶形与流道几何决定了大部分的气动效率。因

此，针对叶形与流道几何的智能化优化设计显得极为重要。

太泽通过智能优化器驱动参数化建模的几何引擎调整几何模型，并自动驱动仿真流程进行设计的

优化迭代。其中针对叶片和流道专门设计的几何参数化方法和智能优化算法是两项关键技术。

流道参数化：基于NURBS样条方法控制子午线

叶片截面翼型参数化：

标准翼型： NACA，C4,    DCA,   MCA, Pritchard

中线 + 厚度 任意翼型

压面 + 吸面 任意翼型

CST (Class Shape Transformation）

三维叶片参数化：

积叠规律    弯掠组合    放缩    切割

轮盘和轮盖参数化    轮毂和轮盖，可直接修改相关尺寸

轴流叶片叶根形状：整体式叶盘及枞树型

蜗壳/机壳参数化

截面形状：支持圆/椭圆/自定义截面形状

面积分布    出口管道形状

而太泽的优化器技术是基于AI/ML的第四代智能优化算法，对于需要调整大量变量的气动设计优

化问题尤其具有优势，可以很快得到全局最优结果，并支持多目标优化及用户决策辅助功能。