[发明专利]一种发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法、装置及设备

说明书

本发明提供一种发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法、装置及设备，该方法包括：获取若干轮盘和涡轮叶片的组合参数；分别计算每一个组合参数对应叶片脱落转速且轮盘不破裂转速条件下的概率密度函数值；基于各组合参数对应的概率密度函数值确定各组合参数对应的转速裕度；分别计算各组合参数在其对应的转速裕度下的最优转速；从各组合参数中筛选满足发动机设计要求的备选组合参数；分别计算各备选组合参数在其对应最优转速下的涡轮转子质量，并基于涡轮转子质量的排序结果从各备选组合参数中筛选目标组合参数。通过本发明提供的发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法、装置及设备，能够有效筛选目标组合参数，便于对涡轮转子轻量化设计。

技术领域

本发明涉及发动机设计领域，具体涉及一种发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法、装置及设备。

背景技术

在航空发动机或其他燃气涡轮发动机涡轮的设计过程中，需要先在涡轮叶片上设计一个脱落截面，一旦发动机失去负荷，涡轮超转到一定转速后，涡轮叶片提前在该截面脱落，使得转子失去继续上升的动力，以避免轮盘破裂带来的非包容性伤害。因此，在脱落截面设计过程中，选取合适的涡轮叶片脱落转速设计、轮盘破裂转速设计以及轮盘破裂转速与涡轮叶片脱落转速之间的设计裕度至关重要。

在现有技术中，通常在考虑最好涡轮叶片材料的情况下计算最大涡轮叶片脱落转速，在最有利的几何尺寸以及最有利的载荷工况下计算最小轮盘破裂转速，且在综合考虑多种极端的情况下，最大涡轮叶片脱落转速和最小轮盘破裂转速之间留有不小于10％的设计裕度。然而，这种方法设计的涡轮转子质量较大，储备较高，不利于轻量化设计。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中涡轮转子质量较大，不利于轻量化设计的缺陷，从而提供一种发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法、装置及设备。

根据第一方面，本发明提供一种发动机的轮盘和涡轮叶片组合设计方法，所述方法包括：

获取若干轮盘和涡轮叶片的组合参数，所述组合参数包括：轮盘和涡轮叶片的几何尺寸、载荷及材料性能；

分别计算每一个组合参数对应叶片脱落转速且轮盘不破裂转速条件下的概率密度函数值；

基于各组合参数对应的所述概率密度函数值确定各组合参数对应的转速裕度；

分别计算各组合参数在其对应的转速裕度下的最优转速；

从各组合参数中筛选满足发动机设计要求的备选组合参数；

分别计算各备选组合参数在其对应最优转速下的涡轮转子质量，并基于涡轮转子质量的排序结果从各备选组合参数中筛选目标组合参数。

在一实施例中，所述计算每一个组合参数对应叶片脱落转速且轮盘不破裂转速条件下的概率密度函数值，包括：

按照如下公式计算当前组合参数对应叶片脱落转速且轮盘不破裂转速条件下的概率密度函数值：

其中，P为叶片脱落且轮盘不破裂的概率密度函数值，X为当前组合参数，μ、σ以及σ²分别为均值、标准差和方差。

在一实施例中，所述获取若干轮盘和涡轮叶片的组合参数之前，所述方法还包括：

获取涡轮转子失去负载后的最大转速以及叶片脱落的最小转速，并基于所述最大转速和所述最小转速的排序结果确定叶片脱落转速的下限值；

获取轮盘的结构参数，并基于所述结构参数确定轮盘破裂转速的上限值；

以叶片脱落转速和轮盘破裂转速均处于所述下限值和所述上限值之间为条件对轮盘和叶片进行设计，得到若干轮盘和涡轮叶片的组合参数。

在一实施例中，所述基于各组合参数对应的所述概率密度函数值确定各组合参数对应的转速裕度，包括：