2 响应面法优化
响应面法（RSM）主要是利用输入变量的差异性或不确定性来寻找达到最佳响应值时的输入变量，基本思想就是通过近似构造一个具有明确表达式的多项式来表述隐性的映射关系，非常适合指导工程实际问题[。如果隐性的功能函数具有很强的非线性，那么响应面法估计的准确性以及函数的近似多项式的准确性将更加准确。
以某型发动机前期所有试车数据为基础，利用Design-Expert软件的Central Composite设计模块，开展响应面法的优化分析，确定整机性能（输出功率、燃气涡轮进口温度）与调节参数（燃气涡轮一级导向器喉道面积、自由涡轮一级导向器喉道面积）的映射关系，并求出最佳的涡轮导向器喉道面积值，为后续零组件制造和试车提供参考。其中，在进行响应面优化时，为提高发动机整机性能裕度以输出功率≥（Psd+20）和燃气涡轮进口温度≤（T4-8）作为的输出参数的优化条件。（其中Psd和T4为验收指标值）
在软件中录入所有输入、输出参数的实测值，并将输入参数准变为编码制，可以分别得到基于输出功率（G）和燃气涡轮进口温度（W）的响应曲线。根据建立的模型进行响应面优化，预测最佳条件和最优处理结果。通过设定寻优条件，即输出功率≥（Psd+20）和燃气涡轮进口温度≤（T4-8），开展概率求解的最大值，经过软件计算，当燃气涡轮一级导向器喉道面积（R）编码为0.45以及自由涡轮一级导向器喉道面积（Z）编码为-0.13时，发动机性能优化结果符合寻优条件的概率最大。此时燃气涡轮一级导向器喉道面积（R）为108.52cm2，自由涡轮一级导向器喉道面积（Z）为271.83cm2，预测概率达到0.860。
3 整机性能验证
根据利用响应面法得出的优化结果，并结合某型涡轴发动机小批生产中涡轮导向器的状态变化情况，为切实提高某型涡轴发动机一次试车性能合格率，减少发动机二次拆装及调整试车的工作，进一步达到降本增效目的，将燃气涡轮一级导向器新件交付时喉道面积要求为108cm2～108.5cm2，自由涡轮一级导向器新件交付时喉道面积要求为271.7cm2～272.1cm2。
3.1 首批发动机验证情况
按照给定的燃气涡轮/自由涡轮一级导向器喉道面积预调值的要求，在某型涡轴发动机新机配套中进行了试行及验证。首批发动机中有32台进行了性能试车，其中发动机输出功率均满足验收要求，功率的平均值较优化目标（Psd+20）还高出59kW；燃气涡轮进口温度有24台满足验收要求，8台超出验收值，温度平均值较优化目标（T4-8）低1℃；一次试车性能合格率为75%，较前期发动机试车情况有所改善。
3.2 迭代优化寻优
基于首批发动机的试车验证结果，虽然一次试车性能成功率有所改善，但与期待的改善效果还是有一定的距离，因此继续开展了试车环境因素与涡轮导向器喉道面积的影响分析。在统计性能合格发动机的试车数据时，由于自由涡轮一级导向器喉道面积一致性很好，在性能调整时很少对其调整。而相对的，调整燃气涡轮一级导向器喉道面积的概率就比较大，因此在主要分析不同环境条件下，燃气涡轮进口温度与燃气涡轮一级导向器喉道面积分布的影响。
通过统计可以发现：当气压偏低，气温偏高的情况下（对应夏季环境），则大气参数p/T越低，发动机燃气涡轮进口温度越高，此时应考虑降低发动机功率与温度。同时，随着燃气涡轮一级导向器喉道面积的增加，发动机温度超标的概率也在增加。
基于上述情况，在原有历史数据基础上又增加了环境参数，同时又将首批验证的发动机性能数据也加入其中，继续开展响应面法的迭代优化。经过寻优，当燃气涡轮一级导向器喉道面积（R）为107.98cm2～108.9cm2，自由涡轮一级导向器喉道面积（Z）为270.208 cm2～273.2cm2时，无论在低温、中温、高温条件下，发动机性能表现均良好。可以看出当考虑了环境因素的影响后，重新优化的燃气涡轮一级导向器喉道面积值也是在原有基础上（107.73cm2～108.97cm2）进一步压缩了范围，这与实际调整措施的方向基本一致。
综上分析，为进一步提升一次试车合格率，对涡轮导向器喉道面积的预调值进行更新，即燃气涡轮一级导向器新件交付时喉道面积要求调整为108.1cm2～108.3cm2，自由涡轮一级导向器新件交付时喉道面积要求不变，仍为271.7cm2～272.1cm2。
3.3 最终验证情况
按照更新后的涡轮导向器喉道面积优化措施要求，继续开展新机试车验证工作。在80多台发动机试车过程中可以明显看出：发动机输出功率均满足验收要求，功率的平均值较优化目标（Psd+20）还高出49kW；燃气涡轮进口温度只有1台超出验收值，温度平均值较优化目标（T4-8）低13℃；一次试车性能合格率为95%以上，较前期发动机试车情况有质的改善，达到了我们的预期。
同时，根据这些发动机最终交付时的涡轮导向器喉道面积分布情况来看，两个喉道面积基本都处于规定预调的预调范围内。
3.4 应用贯彻情况
目前，该涡轮导向器喉道面积优化措施已执行近3年，某型涡轴发动机性能提升工作取得了较大的成果。经过统计，发动机输出功率年平均值分别提高了11kW和4kW，燃气涡轮进口温度年平均值降低了3.5℃和7℃，发动机性能水平得到较大幅度的挖潜和提升。
由于发动机一次试车性能合格率大幅提升，发动机在装配试车过程中降低了不少成本，如工时费用、燃油费用、水风电气设备消耗以及时间成本等等，通过测算，平均每台发动机配套交付时间较以前减少了10天以上，年平均降费能够达到110万元。发动机性能匹配提升工作成果给工厂带来了切身的经济效益，提升了用户的满意度和口碑。
4 结论
本文利用发动机历史试车数据以及涡轮导向器喉道面积分布情况，通过响应面法完成了涡轮导向器喉道面积预调值的优化，并开展了试车验证。根据试车验证结果的差异性继续开展影响分析和迭代优化，重新给出了涡轮导向器喉道面积预调要求，切实提高了发动机一次试车性能合格率。
参考文献
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