研究对象及研究目的：本文以某型离心式航空燃油泵为研究对象，旨在通过参数化优化设计叶轮流道几何参数，提升其空化性能，以期为航空燃油泵的设计与优化提供理论依据与技术支持。研究背景及意义：随着航空技术的飞速发展，离心式航空燃油泵在航空发动机燃油控制系统中扮演着愈发关键的角色。然而，其在高转速、大功率工况下易出现空化现象，进而引发旋转失速、压力脉动、噪声、效率下降等一系列问题，严重制约了燃油泵性能的提升，甚至可能导致高空断流、无法启动等故障，对飞行安全构成潜在威胁。因此，深入研究离心式航空燃油泵的空化性能，并探索有效的优化方法，具有极为重要的理论意义与工程价值。先前研究不足之处：尽管国内外学者在离心式航空燃油泵空化性能研究方面已取得诸多成果，但仍存在一些不足。部分研究仅关注单一参数对空化性能的影响，未能充分考虑多参数之间的耦合关系；在优化方法上，传统优化手段往往难以高效处理复杂的多参数优化问题，且在精确度和全局性方面存在局限性；此外，对于优化后燃油泵内部流场特性的全面分析尚显不足，缺乏对空化流场、压力脉动特性等多方面的系统研究。研究方法：本研究采用基于代理模型法的优化策略。首先，对叶轮流道几何参数进行参数化处理，选取15个关键几何参数作为设计变量，并构建以流道几何参数为输入、以增压值和空化体积为输出的响应样本空间。运用拉丁超立方采样方法生成样本点，通过数值模拟获取样本点对应的输出值。基于最优预测元模型（MoP），拟合最优代理模型，并进行全局敏感性分析，筛选出对空化性能影响显著的关键参数。随后，采用遗传算法对关键参数进行优化，获得最优设计变量组合，并利用数值模拟方法对优化结果进行验证。此外，对优化前后的离心式航空燃油泵空化流场及空化瞬态压力脉动特性进行了详细分析。研究结论：（1）通过基于最优预测元模型的敏感性分析，确定了前盖板叶片进口半径、后盖板叶片进口半径以及叶片中间型线控制点A24等参数对增压值影响显著，而后盖板叶片进口半径对空化体积占比影响较大，前盖板叶片进口半径、叶片中间型线控制点A21、A22也对空化体积占比有一定影响；（2）采用最优代理模型结合遗传算法的优化方法，成功获得了最佳设计变量组合。数值模拟结果表明，在设计工况点，优化后的燃油泵临界空化数相较于优化前降低了22.28%，压力系数提高了0.035，空化性能显著提升；（3）对比分析优化前后叶轮内流场的变化发现，优化后不同空化数下叶轮流道内空化面积与空泡体积均有不同程度的下降，不同叶片间载荷分布得到改善，瞬态压力脉动主频幅值有明显下降，有效抑制了空化的发生与发展。未来展望与不足：尽管本研究取得了一定成果，但仍存在一些不足之处。例如，数值模拟中对空化模型的选取和参数设置可能存在一定的局限性，未能完全精确地反映实际空化现象；在优化过程中，虽然考虑了多个关键参数，但仍有其他可能影响空化性能的因素未被纳入，如叶片表面粗糙度、进口流场条件等。未来研究可进一步改进空化模型，提高数值模拟的准确性；同时，拓展优化参数范围，综合考虑更多因素对空化性能的影响，以实现更全面、更深入的优化。此外，还可开展实验研究，对优化后的燃油泵进行实际测试，验证数值模拟结果的可靠性，为航空燃油泵的设计与优化提供更有力的支持。 王晓晖, 张凯, 苗森春, 等. 基于代理模型法的航空燃油泵空化性能优化[J]. 航空动力学报, 2025, 40(08): 296-308. 为提高航空燃油泵空化性能，以某型离心式航空燃油泵为例，对叶轮流道几何参数进行参数化优化设计，生成以流道几何参数为输入、以增压值和空化体积为输出的响应样本空间。基于最优预测元模型，拟合最优代理模型，并进行全局敏感性分析，发现叶轮进口边参数与中间型线参数对燃油泵增压值与空化体积影响较大。通过遗传算法获得最优流道几何参数，采用数值模拟方法，对获得的最优参数进行验证，结果表明：优化后燃油泵的压力系数提高0.035，空化性能提高22.28%。叶轮空化面积与空泡体积显著下降，不同叶片间压力载荷分布得到改善，叶轮内部压力脉动幅值有所下降。 本文以某型离心式航空燃油泵为研究对象，对叶轮流道几何参数进行参数化设计，以增压值和空化体积为输出的响应样本空间。通过拟合输入参数与输出参数的响应关系，确定拟合代理模型，利用最优预测元模型辨识关键影响参数，并判定代理模型的预测精度，通过遗传算法获得最优设计参数。通过数值模拟，分析了优化前后的离心式航空燃油泵空化流场及压力瞬态特性，得到如下结论：
基于最优预测元模型的敏感性分析，发现前盖板叶片进口半径（Rs）、后盖板叶片进口半径（Rh）以及叶片中间型线控制点A24对增压值影响较大。而后盖板叶片进口半径（Rh）对空化体积占比的影响较大，前盖板叶片进口半径（Rs）、叶片中间型线控制点A21、A22对空化体积占比有一定影响。
基于最优预测元模型选择了最优代理模型，使用遗传算法进行优化，得到了最佳设计变量组合，采用数值模拟的方法验证了最优参数，全流道数值模拟结果表明，在设计工况点，优化后航空燃油泵的空化性能提高22.28%，压力系数提高0.035，临界空化数有所下降。
通过对比分析了优化前后叶轮内流场的变化，发现优化后不同空化数下叶轮流道内空化面积与空泡体积均有不同程度的下降，不同叶片间载荷分布得到改善，瞬态压力脉动主频幅值有明显下降，有效抑制了空化的发生与发展。
