(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111387683.7 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨 浦区邯郸路2 20号 (72)发明人 孙刚　王聪　王立悦　王舒悦　 游波　 (74)专利代理 机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 陆飞　陆尤 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 耦合微纳表面控制技术的扇叶型总压损失 最小化设计方法 (57)摘要 本发明属于航空发动机技术领域， 具体为一 种耦合微纳表面控制技术的扇叶型总压损失最 小化设计方法。 本发明方法是在传统优化叶型基 础上， 进行耦 合表面结构设计， 包括： 建立微纳 表 面的结构几何数据库； 根据传统设计的优化叶型 边界空气动力学参数分布统计， 进行微纳表面微 观流动效应分析， 提出反映微纳 表面流动效应的 修改边界条件， 将此条件施加到传统设计的优化 叶型边界， 应用雷诺平均方程进行数值模拟求 解， 得到微纳表面气动参数数据库； 建立人工神 经网络代理模 型； 再应用差分进化优化算法进行 最优叶型表 面微纳结构几何设计； 将得到的最优 表面微纳结构与传统设计的优化叶型耦合， 即得 到改进的优化叶型， 该叶型可使风扇的总压损失 进一步减小。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114091198 A 2022.02.25 CN 114091198 A 1.一种耦合微纳表面控制技术的跨音速风扇叶型总压损失最小化设计方法， 其特征在 于， 是在传统的优化叶型基础上， 进 行耦合表面结构的设计， 以进一步提升风扇叶型的气动 性能， 具体步骤如下： 步骤1， 基于光滑 表面的叶型轮廓设计 应用传统的设计方法进行光滑叶型的设计， 具体流 程为： 首先， 构建叶型几何数据库， 即将初始叶型通过拉丁超立方采样和几何筛选， 生成叶型 样本， 构建得到叶型几何数据库； 其次， 构建叶型气动数据库， 即将几何数据库中的叶型通过CFD仿真， 获得其相应的气 动数据； 然后， 以微纳米表面的结构几何数据库和微纳表面的气动参数数据库为基础， 构造人 工神经网络模型， 根据差分进化优化 算法进行优化设计； 步骤2： 进行适用于 工程优化的微纳表面 风扇叶型 数值模拟， 具体流 程为： 从步骤1中， 得到基于光滑表面的优化叶型轮廓， 在后面的步骤中， 要试图将最优的微 纳结构表面与该优化叶型轮廓进 行耦合； 耦合微纳表面控制技术进行风扇叶型气动优化设 计的主要难点在于， 在宏观构型上进 行微纳表面几何的设计， 直接进 行传统的数值模拟， 实 际上是一个复杂的跨尺度问题， 多次迭代优化设计不具有可行性， 需要非常昂贵的计算成 本； 因此， 为了解决这一问题， 本发明首先提出适用于工程优化的微纳表面风扇叶型数值 模拟技术， 其主要流程如下： （1） 边界空气动力学参数分布 的统计分析； 提取近壁区域局部近壁单元计算域即单元 网格的空气动力学参数， 该参数包括速度和密度， 并对其分布进 行统计分析， 根据该密度分 布规律， 在速度和密度分布较密集处加密采样， 其余区域均匀采样， 得到边界气动参数样本 集； （2） 微纳表面微观流动效应分析； 将样本集中的气动参数组合分别作为微观计算的入 口条件， 利用格子玻尔兹曼方法获得相应的边界微观流场， 根据流场分析微纳表面的微观 流动效应， 得到其速度剖面 修正规律； （3） 微纳表面风扇叶型数值模拟； 将微纳表面在不同来流条件下对应的速度剖面修正 应用广义回归神经网络训练为代理模型； 将该代理模型输出的修改的边界条件应用在光滑 叶型边界， 该边界条件替代复杂的小尺度表面结构； 该步骤通过训练代理模型得到可以复 现微纳表面几何对应流动效应的修改边界条件， 为后续耦合微纳表面的设计提供简化的数 值模拟手段； 步骤3： 耦合 微纳表面控制技 术的风扇叶型总压损失最小化设计， 具体流 程如下： 以步骤1得到的基于光滑表面的优化叶型轮廓为基础， 设计该叶型轮廓对应的最优微 纳表面几何参数； 首先建立微纳表面的结构几何数据库， 根据步骤2中的得到几何数据库中 各种微纳表面对应的修改边界条件； 将该边界条件施加到基于光滑表面的优化叶型轮廓边 界， 应用雷诺平均方程进 行数值模拟求解， 得到微纳表面气动参数数据库； 通过以上方法得 到对应的微纳表面几何 ‑气动参数数据库， 为后续建立代理模型和优化提供了基础； 然后， 以微纳米表面的结构几何数据库和微纳表面气动参数数据库为基础， 建立人工神经网络代 理模型， 而后应用差分进化优化算法进行最优叶型表面微纳结构的几何设计； 将得到的最权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114091198 A 2优表面微纳结构与传统设计的优化叶型进行耦合， 即得到改进的优化叶型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114091198 A 3