基于CAESES建模的压气机蜗壳优化

传统设计方法设计蜗壳时，需要设定每一个蜗管截面设计几何尺寸，再进行三维造型出各个角向截面几何，并扫掠得到蜗管。而在设计优化过程中需要反复调整设计尺寸，也需要重复几何造型，给设计人员带来了大量的重复性劳动。

CAESES则通过参数化造型的方法，并将设计理念融入造型过程，省去了优化过程的反复造型工作，也使得几何造型更加符合设计理念。

第一步，确定几何截面的参数化定义方式。蜗壳截面的形式有很多种，梯形、方形、圆弧形等。本例截面参数定义方式如下图所示。

第二步，确定截面设计约束。设计工程师在设计蜗壳的过程中不仅会研究各个截面参数对蜗壳性能的影响，也需要研究各个参数沿着角向360度的变化规律对性能的影响。例如，等环量设计要求、更大外侧直径要求、更大高度要求等等。CAESES中实现等环量要求，可以使用如下代码控制。

第三步，完成蜗管几何造型。蜗管造型方式采用CAESES特有的曲面成型方式，Mateface功能。该命令要求定义一条参数化特征曲线和定义参数的变化规律。例如，定义特征曲线如图1所示，定义Ra随角度变化而线性变化，则最终形成模型各个截面几何会因Ra的变化而变化。

第四步，蜗舌建模。传统蜗舌建模都是通过倒圆角实现，而圆角功能对蜗舌的适应性并不好，经常出现圆角生成失败、圆角过小等情况。为避免类似情况出现，CAESES用曲面去代替圆角，实现方式如下图所示。

在曲面上偏置相交线，得到蜗舌曲面的两条边线，并分别在各自曲面上偏置得到方向控制线，然后从四条曲线上获取四个点定义出特征曲线，该特征曲线，满足与两个面相切的约束。最后使用mateface功能，完成蜗舌创建，得到压壳模型如下。

最后，创建完成该模型后则可以通过CAESES优化模块进行性能优化，或者各个参数对性能影响的分析工作。该部分的操作和执行方式见其他文档描述。

以下是根据优化进口面积大小和更大外轮廓半径得到的优化结果。