涡轮盘结构可靠性与稳健性综合优化设计

陈 智 ，白广忱

（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191）

涡轮盘结构可靠性与稳健性综合优化设计

陈 智 ，白广忱

（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191）

初步建立1种综合考虑结构疲劳可靠性与稳健性的航空发动机涡轮盘优化设计方法。根据涡轮盘的结构设计准则，以轮盘的轻质化和低循环疲劳寿命的稳健性作为目标，以结构强度和疲劳可靠性作为约束，采用随机优化方法对轮盘进行优化设计。设计结果表明：由于量化考虑了轮盘的安全性，所以能够得到更精确的约束，从而使轮盘设计质量更轻；而针对稳健性的优化，则降低了低循环疲劳寿命对载荷和材料参数波动的敏感性，提高了涡轮盘的稳健性。

涡轮盘；可靠性；稳健性；低循环疲劳；航空发动机

0 引言

由于航空发动机涡轮盘在工作中承受着复杂的热载荷和机械载荷，一旦发生故障往往会带来灾难性的后果，因此涡轮盘的设计往往需要应用优化技术综合考虑安全性和轻质化，同时，轻质化设计对提高发动机效率与推质比都具有重大意义。目前，基于确定性优化技术的设计方法已趋于成熟，并相应开发了一些应用程序和软件[1]。但这些方法基于安全性考虑而给涡轮盘以过大的应力储备，往往使得性能过于保守。而基于概率分析技术的可靠性理论则考虑了轮盘尺寸，材料和载荷的随机分散性，引入疲劳强度分析技术，量化考虑安全性指标，所以能够在设计阶段有效地提高安全性和减轻质量。……