1随着我国汽车工业的蓬勃发展，冰箱空调等制冷设备的日趋普及，以及医疗器械、制药、酿酒、食品、电子、电力、轻工、机械、化工等行业或作为加工中心等设备用于压缩空气和其它涡轮增压、涡旋发动机等特殊用途的需求，以共轭曲线啮合和型腔容积变化为工作原理的涡旋压缩理论被世界各国研究人员广泛研究，并应用在涡旋压缩机的设计制造中。这对提高压缩效率，减少能源消耗，降低噪声污染，抑制全球变暖而导致全球大气环流异常，避免爆发罕见异常雪灾的发生，提高人类的生存质量具有重大意义。
十一五期间，石化工业、化学工业、煤电油工业、轻纺工业、冶金工业等各大领域内成套设备国产化的加大以及世界能源危机的加剧，为压缩机行业的发展提供了巨大的市场，也为压缩机行业加快提升压缩机的品质、赶超世界水准提供了前所未有的机遇，涡旋压缩机的设计理论及生产技术在国内外必将有一个大的突破与飞跃。开展原创性的研究工作，拥有我国自主知识产权的涡旋压缩机势在必行。
2涡旋型线研究发展状况
涡旋型线设计理论是决定涡旋压缩机性能的根本因素，一直是各国学者研究的热点所在，目前，主要集中在单一涡旋型线设计理论的研究。已经研究出的型线主要有圆渐开线、正偶多边形渐开线、线段渐开线、半圆渐开线、代数螺线、变径基圆渐开线、包络型线等。在圆渐开线理论方面，日本学者森下悦生等首先作了详细的研究，建立了涡旋压缩几何和力学模型，分析了压缩过程；丹麦工业大学的JensGravesen教授等从微分几何理论的角度出发，的特性方程，研究了圆渐开线的型线理论，指出获取高效型线的两种途径，并为优化研究的可能性奠定了基础；美国普渡大学（PurdueUniversity）的EckhardA.Groll教授等建立了涡旋压缩整个工作过程的数学和热力学性能分析、泄漏模型，在工作腔之间的压力非线性耦合问题上，采用牛顿-拉夫松（NewtonRaphson）算法进行了分析。在线段渐开线理论方面，西安交通大学的李连生教授对线段渐开线进行了深入的探讨，导出了容积表达式，分析了动力特性，完善了线段渐开线理论。日本学者MakotoHayano等则研究了半圆渐开线的几何特性和热力、动力解析关系式，建立了基于半圆渐开线的型线理论；西安交通大学的黄允东等发展了基于半圆渐开线的型线理论。在代数螺线型线理论方面，日本日立公司的香曾我部等进行了详尽的研究，其建立的型线被称之为日立型线；其后又研究出新型的涡旋型线，以加速螺线为基准线，采用包络法生成内外涡旋型线。华中理工大学的刘扬娟对日立型线的理论谬误进行了研究更正，以更简单的内外法向等距线法生成涡旋型线。但是，目前涡旋型线的研究和设计都是基于特定的几何轮廓曲线或其组合型线，来研究其啮合特性和介质压缩机理，并进行涡旋型线参数的设计，由于特定的几何轮廓曲线数学模型一经确定，其固有的几何特性和数学特性无法变更，因而性能受到根本制约。
于是，研究人员对特定的涡旋型线进行改良和修正，如增加根部轮廓厚度、设置过渡圆弧、采用多基圆、改变基圆圆心位置等，以期获得较高的性能。日本学者平野隆久（TakahisaHirano）等在对涡旋压缩性能研究的基础上，提出了一种修正型线理论，在基圆渐开线的起始端基于加工和改善排气角的考虑，利用两段圆弧进行修正，即PMP涡旋型线。PMP型线能够较好的改善压缩性能。而后，各国研究人员在此基础上提出了各种改进方案并加以理论论证，形成了一系列改进型线理论。基圆渐开线修正理论包括无余隙修正理论和有余隙修正理论，其中无余隙修正理论分为EA类修正理论和UA类修正理论，而有余隙修正理论又分为EASA修正理论和EASAL修正理论。在基圆渐开线型线修正上，日本三菱重工近期的研究成果体现在：竹内真实等的以基圆渐开线构成的啮合涡旋体上缘做成为被分割为多个部位且该部位的高度在涡旋方向的中心侧低、在外周端侧高的阶梯形状，来提高压缩比和性能。台湾大学的吴文方教授等研究了平面旋转机械的啮合原理；在PMP型线理论的基础上进行了深入的研究，引入了CA概念，从而使排气角从负值变化到正值，导出了轮廓型线的各种变化形式，利用理论推导和数值模拟两种数学手段，对PMP型线的各种修正形式进行研究，得出*优修正型线。西安交通大学的高秀峰博士等对等角圆弧类涡旋修正齿型进行了深入研究，得出齿端生成方法、齿型特点及齿端修正参数的通用表达式，采用控制容积法导出了工作腔容积随动盘转角变化的解析计算式，提出了动态的径向和切向气体作用力面积的精确计算和简化计算方法。韩国LG公司的研究人员张英逸等设计的一种由基于不同的基圆和起始点的两条或多条基圆渐开线构成的涡旋型线，旨在提高容积效率和可靠性。西安交通大学王国梁博士、李连生教授等提出了一种新型AAL型线，研究了双圆弧加直线单元组合型线。兰州理工大学刘涛博士、刘振全教授等提出了复杂组合型线，研究了几何参数随主轴旋转的动态变化规律。但是，上述研究通过对单一涡旋型线的局部形状的改变和修型或对单一型线进行组合来提高压缩性能，其改良和组合的基础都是基于单一的特定型线，因而，也难以取得突破性的进展。
而对于涡旋型线的优化研究也集中于单一的特定型线参数优化，确定基圆半径、起始角、涡线圈数、涡线壁厚、涡线节距、涡盘半径等设计参数。
J.W.Bush等学者进行了单一涡旋型线参数尺寸优化的研究工作。日本学者IshiiN等对型线结构参数进行了优化，得到一组符合样机的具体结构参数。
兰州理工大学刘振全教授等提出了基于粒子群算法的涡旋压缩机涡旋盘优化的研究，建立了基于粒子群优化算法的涡旋压缩机动静涡旋盘能效比的数学模型，采用粒子群算法来优化涡旋压缩机涡旋盘的结构参数，同时提出基于遗传算法的动静涡旋盘优化设计。西安交通大学的屈宗长教授等针对不同的结构参数，分别建立了参数优化设计的数学模型；引入准则数与型线结构参数之间的关系，通过分析准则数对性能的影响，得到准则数的优选范围，给出了准则数在不同条件下的优选策略。但是，上述所作的研究同样由于受型线数学特性的限制，只能优化型线参数，而不能优选型线，不能从根本上解除制约因素，从而提高压缩性能。
同时，涡旋压缩机整机各项性能指标的研究是涡旋压缩机走向成熟性、产业化的关键因素，目前，对涡旋压缩机性能的研究主要集中在机构力学特性、空气动力特性、振动噪声特性等单一性能或单一学科的研究。但是，由于受单一性能或单一学科特性因素的限制，没有从整机特性层面上来全面考量涡旋型线的优劣，同样不能从根本上解除制约整机全性能的因素，从而难以提高整机特性。
3总结与展望
综上表明，目前国内外对涡旋压缩机设计理论的研究，其出发点或是对于给定的单一涡旋型线数学模型，在研究其啮合特性和介质压缩机理的基础上进行改进、修型或优化；或是对于涡旋压缩机的机构力学特性、空气动力特性、振动噪声特性等单一性能或单一学科进行研究。但是，由于受单一涡旋型线数学模型固有特性的限制和涡旋型线单一性能或单一学科研究的限制，不能对表征涡旋型线本质特征的涡旋型线的形函数本身进行优选，同时，也没有深入考虑涡旋压缩机整机全性能耦合效应和多学科协同设计机制，因而，难以在涡旋压缩机的研究和创新中取得根本性的突破。
因此，涡旋压缩机的设计研究建立在提高涡旋压缩机整机特性基础上对表征涡旋型线本质特征的涡旋型线的形函数本身-通用涡旋型线进行多学科协同优化设计研究是非常关键的。涡旋压缩机的工作性能除了与涡旋型线设计有关外，还与型线加工精度、涡旋气流脉动特性、机构力学特性、涡盘动平衡特性、摩擦热力特性、振动噪声特性、压缩机功率特性等配置情况密切相关，因而，研究表征涡旋型线本质特性的通用涡旋型线的整机全性能耦合效应和多学科协同优化设计理论与方法，对于建立涡旋型线廓线的完整理论，并根据实际情况构造出具有*佳性能的涡旋压缩具有重大的论意义和工业用价值。
鉴于此，本文提出基于整机特性及学科协同的通用涡型线设计理论及优化方法，正是在于通用涡旋型线的基础上，利用泛函分析理论和多学科优化设计方法与思想，深入研究通用涡旋型线形状变化规律及其广义泛函收特性，确定通用涡旋型线形状变化规律并建立通用涡旋型线广义泛函的收敛原则，研究涡旋气流脉动特性、机构力学特性、涡盘动平衡特性、摩擦热力特性、振动噪声特性、压缩机功率特性等多学科作用于涡旋型线的耦合机理及其对通用涡旋型线的要求及影响规律等深层次问题，从而得出通用涡旋型线整机全性能耦合效应和多学科协同机制及规律，建立通用涡旋型线整机全性能多学科协同优化设计理论与方法，优化出具有*佳性能的涡旋型线。
