涡轮后机匣承力框架支板设计研究

admin · 发表于 2023-9-26 17:36:58

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航空发动机涡轮承力机匣是航空发动机的主要承力件，其几何结构复杂，受到较高的热负荷，它首先要满足发动机整个转子的刚度要求，其次要有很好的热变形协调能力以达到使用寿命的要求，同时要有足够的刚度来保证叶尖间隙。此外，涡轮承力机匣的支板有时还是气流通道的组成部分用于对低压涡轮出口气流进行整流，其结构设计的合理与否直接影响到发动机的转子动力学特性、寿命、可靠性和推重比本文首先进行了涡轮后承力机匣参数化建模技术的研究，在此基础上研究了不同支板数目对直支板涡轮后承力机匣支点刚性、不同外载下的直支板承力框架刚性和斜支板承力框架刚性的影响，计算结果表明支板数目对涡轮后机匣刚性有很大影响且当支板数目为奇数和偶数时变化趋势不同；在参数化建模的基础上还研究了不同外载下斜支板涡轮后机匣支板倾斜角度对涡轮后机匣刚性的影响，并与直支板进行了对比，通过计算发现，考虑热负荷和压差时，支板倾斜角度只影响周向刚度，呈驼峰形状，在中间存在着最大刚度，径向刚度、轴向刚度和当量刚度则完全相同。论文研究了涡轮后机匣有限元分析方法，并采用了间接热固耦合的方法对直支板、斜支板涡轮后机匣进行了有限元数值分析，对比了直支板承力框架和斜支板承力框架的应力和变形特点。最后采用iSIGHT优化平台进行集成，完成了涡轮后承力框架优化的数值计算方法研究，并针对支板数目和支板倾斜角度采用不同的优化方法和初始投点进行了优化计算，结果表明优化方法和初始投点对优化结果有很大的影响，通过比较发现采用序列二次进行优化效率较高但容易陷入局部最优解，采用遗传算法进行优化效率低但优化结果优于序列二次。通过本论文的工作，不仅为涡轮后承力机匣，也为与涡轮后承力机匣类似的发动机复杂结构的设计优化提供了有效的研究思路和设计方法，为其今后的发展奠定了理论基础和技术支持。

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