一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法技术

本发明专利技术属于航空发动机设计领域，公开了一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法。本发明专利技术针对带中介轴承双转子系统中存在的弯曲共振转速安全裕度较低、中介轴承支点动载荷幅值较高、高压涡轮前螺栓连接承载过大并可能影响转子动力响应的问题，采用的技术方案是基于设计需求明确目标函数与约束条件，通过响应面法获得动力特性参数与高压涡轮前、后轴颈构形设计尺寸之间的函数关系，选取满足约束条件且目标函数达到最优的设计尺寸，从结构设计的角度使双转子系统动力特性满足设计需求，解决了上述问题。本发明专利技术中的设计方法易于理解，操作简单，为先进航空发动机转子结构及动力特性一体化设计提供技术支持。力特性一体化设计提供技术支持。力特性一体化设计提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法


[0001]本专利技术属于航空发动机设计领域，具体涉及一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法。

技术介绍

[0002]随着发动机向高转速、高负荷的方向发展，转子往往工作于多阶临界转速之上，工作中可能经过或靠近弯曲临界，导致转子不可避免地产生弯曲变形（[1]洪杰, 栗天壤, 倪耀宇,等. 复杂转子系统支点动载荷模型及其优化设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(5):8.），并相应引发三方面问题：一是直接引起转轴产生较大的横向位移，可能导致转、静件变形不协调进而发生碰摩；二是大质量与转动惯量的轮盘将产生较大的横向与角向位移，所引起的旋转惯性载荷将使轴承承受较大的支点动载荷；三是转子的弯曲变形产生应变能，一定情况下应变能可能集中于转子界面连接结构，界面接触状态改变，局部力学特性变化进而影响转子动力特性。
[0003]带中介轴承双转子结构设计方案是目前高推重比发动机常采用的总体结构布局方案——通过在高、低压转子间采用中介轴承，可以减少承力框架数目，降低发动机重量，但与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法，其特征在于，包括：步骤1，根据设计需求，确定双转子系统转子的构形特征尺寸，并明确高压涡轮前、后轴颈构形的设计尺寸；步骤2，计算双转子系统的动力特性；步骤3，依据发动机设计规范与双转子系统动力特性的计算结果，确定优化设计目标与约束条件，并将各设计目标整合为一个目标函数；步骤4，通过试验设计和响应面法获得目标函数与设计尺寸之间的响应面函数；步骤5，基于响应面函数，求得使目标函数最优且符合约束条件要求的设计尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法，其特征在于，所述步骤1中：确定双转子系统转子的构形特征尺寸时，根据气动设计方案明确叶片径向位置和相应轮盘的轴向位置，根据强度设计方案明确轮盘与转轴的径向尺寸，根据承力结构设计方案明确除中介轴承之外其余轴承轴向位置与相应的支承刚度；确定高压涡轮前、后轴颈构形的设计尺寸时，根据其余部件构形特征尺寸与强度设计要求，给定设计尺寸的范围与初始值。3.根据权利要求1或2所述的一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法，其特征在于，高压涡轮前、后轴颈构形的设计尺寸包括：高压涡轮后轴颈前端倾斜角度、高压涡轮前轴颈轴向长度、高压涡轮后轴颈轴向长度、高压涡轮前轴颈径向尺寸、高压涡轮后轴颈最大径向尺寸、高压涡轮后轴颈最小径向尺寸。4.根据权利要求1所述的一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法，其特征在于，所述步骤2根据步骤1确定的构形特征尺寸和设计尺寸，建立带中介轴承双转子系统计算模型，分别计算其高压弯曲模态共振转速的安全裕度和某一初始不平衡状态下的中介轴承支点动载荷与高压涡轮前螺栓连接承受的弯曲力矩。5.根据权利要求1所述的一种基于响应面法的高压涡轮前、后轴颈构形设计方法，其特征在于，所述步骤3中：将发动机设计规范中的设计要求与步骤2中计算所得的动力特性进行对比；若计算结果与设计要求相差较大，将该设计要求设为设计目标；若计算结果满足设计要...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪杰，马艳红，戴琦瑶，陈雪骑，王永锋，李超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：