【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机传动系统减速器领域，特别地，涉及一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法。此外，本专利技术还涉及一种采用该优化设计方法得到的安装腿式主减机匣试验件。
技术介绍
1、直升机传动系统是直升机的三大动部件之一，主减速器需要承受主旋翼的气动载荷和操纵载荷，并通过主减速器将气动载荷和操纵载荷传递给机身平台，而主减速器跟机身平台的接口是载荷传递的唯一路径，因此，主减速器的安装接口形式不仅可以直接影响直升机的重量，而且可以影响直升机的综合性能。
2、通常而言，主减速器的安装接口布局有多撑杆式布局、撑杆+防扭盘式布局，及安装腿式布局，多撑杆式布局是主减速器通过8根撑杆安装在机身平台，主减速器承受的主旋翼气动载荷和操纵载荷通过8根撑杆传递给机身平台，如图1所示；撑杆+防扭盘式布局是主减速器顶部通过4根撑杆安装在机身平台，主减速器承受的主旋翼气动弯矩载荷和操纵载荷通过撑杆传递给机身平台，主减速器底部通过防扭转接盘安装在机身平台，主减速器承受的主旋翼气动扭矩载荷通过防扭转接盘传递给机身平台；安装腿式布局是主减速器通过4个机匣安装腿安装在机身平台，主减速器承受的主旋翼气动载荷和操纵载荷通过机匣安装腿传递给机身平台，缩短了载荷的传递路径，该方式不采用撑杆和防扭转接盘，减轻了直升机的重量，提升了直升机的有效负荷，可以实现直升机的轻量化，同时载荷传递路径的零件少，提高了直升机的可靠性。
3、目前，由于主减速器需要安装较多附件，为了布置主减速器的附件和提供主减速器的维护空间，绝大多数主减速器采用撑杆式
4、对于直升机传动系统主减速器机匣结构，传统结构设计是设计者根据设计要求，按照实践经验，参考类似的工程设计，确定结构方案；然后进行强度、刚度、稳定性等各方面的计算，如果不符合要求，再重新进行设计和分析，直到满足用户的要求。整个常规设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程，在常规设计中，也存在“选优”的思想，设计人员可以在有限的几种方案中，按照一定的设计指标进行分析评价，选择出较好的合格方案。这种设计方法周期长、效率低、成本高，而且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案。因此，常规设计方法只是被动的重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。
5、拓扑优化是高于传统结构设计的一种主动和高效的优化设计方法，拓扑优化可以实现结构在设计空间最佳的分布形式或者结构最佳的传力形式，其主要用于求解工程结构受力、位移等的最合理形式，有助于发掘目前还未知的最优结构拓扑。
6、现有技术的缺点如下：
7、目前，由于主减速器的附件较多，为了布置主减速器的附件和提供主减速器的维护空间，主减速器采用撑杆式安装，导致主减速器载荷传递路径复杂，主减速器结构复杂，较难实现直升机的轻量化设计目标，很难提高直升机有效负荷的使用效率。
8、现有直升机传动系统主减速器机匣采用传统结构设计，通常设计者根据设计要求，按照实践经验，参考类似的工程设计，确定结构方案；然后进行强度、刚度、稳定性等各方面的计算，如果不符合要求，再重新进行设计和分析，直到满足用户的要求。整个常规设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程。这种设计方法周期长、效率低、成本高，而且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案。因此，常规设计方法只是被动的重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法及安装腿式主减机匣试验件，以解决现有技术存在的主减速器载荷传递路径复杂，主减速器结构复杂，较难实现直升机的轻量化设计目标，很难提高直升机有效负荷的使用效率，及设计方法周期长、效率低、成本高，而且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案的技术问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，包括以下步骤：第一阶段，拓扑优化设计：通过拓扑优化获得安装腿式主减机匣试验件的三维拓扑构型，骨架模型包括主减机匣模型，及设置于主减机匣模型外周面上的一条安装腿模型，安装腿模型包括相对间隔设置的两条承载筋板模型，及连接于两条承载筋板模型底端的安装座模型；第二阶段，模型重构和结构优化：依据获得的安装腿式主减机匣试验件的三维拓扑构型，并考虑安装座模型上安装螺栓的数量，开展试验件的几何重构及进一步结构优化设计，以获得一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件。
4、进一步地，第一阶段的“拓扑优化设计”具体为：基于商业软件，选取主减上机匣受载最严酷的前安装腿结构为研究对象，简化主减上机匣为锥形机匣，并将主减上机匣前安装腿结构调整至最大的设计域，然后约束锥形机匣顶部的位移，并在锥形机匣安装腿结构底部施加主旋翼轴轴承径向载荷和轴向载荷换算的剪力载荷和轴向力载荷，采用变密度法，以最小重量为目标函数，以主减上机匣安装腿结构底部的包括变形和应力以及体积为约束条件，完成主减上机匣前安装腿结构的拓扑优化，获得安装腿式主减机匣试验件的三维拓扑构型。
5、进一步地，第一阶段“拓扑优化设计”具体设计步骤如下：s11：确定安装腿上承载筋板的外廓尺寸；s12：建立安装腿上承载筋板的拓扑优化区域的几何模型；s13：建立安装腿上承载筋板的三维有限元网格模型；s14：施加安装腿上承载筋板的三维有限元网络模型的约束和载荷边界条件；s15：建立安装腿上承载筋板的三维拓扑优化模型；s16：设置安装腿上承载筋板的三维拓扑优化目标函数和约束函数；s17：设置安装腿上承载筋板的不可优化区域；s18：生成安装腿上承载筋板的拓扑优化文件；s19：获取具有承载筋板的安装腿式主减机匣试验件的三维拓扑优化构型。
6、进一步地，第二阶段的“模型重构”具体为：获得安装腿式主减机匣试验件的拓扑构型后，在软件中将包含光顺后的骨架模型导出为中间交换文件，然后将包含骨架模型的中间交换文件导入软件，在软件中依据骨架模型，开展安装腿式主减机匣试验件的几何重构，以获得跟骨架模型一致的安装腿式主减机匣试验件。
7、进一步地，第二阶段的“结构优化”具体包括以下步骤：s31：建立安装腿式主减机匣试验件的三维几何模型；s32：开展安装腿式主减机匣试验件的三维有限元分析；s33：施加安装腿式主减机匣试验件的有限元模型的约束和载荷边界条件；s34：获取安装腿式主减机匣试验件的有限元分析结果。
8、进一步地，第二阶段还包括步骤“细节优化设计”，具体为：根据主减速器上机匣的接口尺寸和空间尺寸，并考虑重量因素，开展安装腿式主减机匣试验件的细节优化设计，主要优化参数为：安装腿式主减机匣试验件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第一阶段的“拓扑优化设计”具体为：
3.根据权利要求2所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第一阶段“拓扑优化设计”具体设计步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第二阶段的“模型重构”具体为：
5.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第二阶段的“结构优化”具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第二阶段还包括步骤“细节优化设计”，具体为：
7.一种安装腿式主减机匣试验件，其特征在于，由上述权利要求1-6中任一项所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法获得，所述安装腿式主减机匣试验件包括：
9.根据权利要求8所述的安装腿式主减机匣试验件，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的安装腿式主减机匣试验件，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第一阶段的“拓扑优化设计”具体为：
3.根据权利要求2所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第一阶段“拓扑优化设计”具体设计步骤如下：
4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特征在于，第二阶段的“模型重构”具体为：
5.根据权利要求1所述的基于拓扑优化布局的安装腿式主减机匣试验件优化设计方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，李坚，万振华，鲁婷婷，赵思波，杨显昆，邓平平，许维森，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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