航空发动机用W形金属封严环结构参数多目标优化设计研究

李萍 陈璇 周泽堂

（1.中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002；2.中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室，湖南株洲 412002）

W形金属封严环具有密封性好、回弹能力强、结构紧凑、体积小等特点，在英、美等国家的先进航空发动机中已经得到了广泛的应用。

目前W形封严环在国内航空发动机上也有工程应用，但是其设计主要还是依赖设计人员的工程经验，通过手动调节结构参数，再进行强度校核，经过几轮迭代，完成W形封严环的结构设计。这样的设计流程不仅难以满足整体性能最优的要求，且随着航空发动机循环参数及封严要求的不断提高，增加了W形封严环实现机匣组件各零件的热变形协调及密封的难度，使得设计人员通过手动调整进行设计的困难加大。

国内学者对W封严环的研究还比较少，不能完全满足工程应用的需要。龚雪婷[1]、王晨希[2]等学者借助有限元仿真方法对W形金属封严环的压缩回弹性能、密封泄漏特性进行了分析；李伟平[3]对某W封严环进行了结构优化。

本文主要进行W形封严环结构参数优化设计来实现最佳密封性能，选择最大Von-Mises 应力、最大接触压力、回弹率为该优化设计的目标变量，采用多目标优化方法，在满足结构强度使用要求的前提下，得到密封性能与力学性能俱佳的W形封严环。采用本文的优化设计方法，既能获得最优的W形封严环设计，又省时省力。

1.优化设计流程

本文的优化设计流程如图1所示。首先根……