Optimalizace Konstrukce Lopatek Turbíny

Při tradičním návrhu turbínových lopatek se obecně dodržuje následující proces: oddělení celkového výkonu nejprve určí výkonnostní ukazatele, kterých lopatka potřebuje dosáhnout, a poté konstrukční oddělení navrhne lopatku. Po navržení lopatky, která splňuje požadavky na aerodynamický výkon, je předána do oddělení pevnostních výpočtů pro výpočet pevnostní vibrační životnosti. Pokud bude kvalifikován, návrh čepele skončí. Pokud není kvalifikovaná, konstrukční oddělení jej přeprojektuje a poté pevnostní oddělení spočítá, Tento cyklus, dokud nejsou splněny požadavky, má tento návrh nejen dlouhý cyklus, ale je také obtížné najít optimální konstrukční tvar lopatek, který neodpovídá požadavkům vývoje moderních leteckých motorů.
Tento článek [2] navrhuje použití multidisciplinární optimalizace návrhu (MDO) pro návrh jednostupňových pevných lopatek turbíny. MDO je nově vznikající interdisciplinární věda a produkt rychlého rozvoje leteckých technologií. Je to posledních 20 let, co se MDO otevřela jako nová oblast výzkumu. V 90. letech 20. století probíhal aktivní průzkum a výzkum v oblasti MDO na mezinárodní úrovni, zejména ve Spojených státech, a každoročně je publikováno velké množství výzkumných prací souvisejících s touto oblastí; V současné době je MDO jednou z nejnovějších a nejaktivnějších oblastí ve výzkumu metod návrhu letadel na mezinárodní úrovni, ale v oblasti leteckých motorů je velmi málo výzkumu a aplikací. U turbínových lopatek leteckých motorů v důsledku drsného pracovního prostředí nesou nejen odstředivou sílu vysokorychlostní rotace, ale také síly pole proudění vzduchu a teplotního pole. Jejich analýza proto bude zahrnovat více disciplín, jako je aerodynamika, přenos tepla, struktura, pevnost a vibrace. Jedná se o typický multidisciplinární konstrukční problém a pro navrhování je nutné používat multidisciplinární metody optimalizace návrhu. Multidisciplinární metoda optimalizace návrhu může současně zohledňovat vliv různých oborů a využívat moderní výpočetní techniku ​​k analýze a porovnání stovek nebo tisíců konstrukčních řešení v krátkém čase, eliminovat většinu neoptimálních řešení předem a přistupovat k celkovému optimálnímu řešení. více oborů krok za krokem, čímž se efektivně zlepšuje kvalita návrhu a výrazně se urychluje vývoj návrhu.