浅析结构可靠性的涡轮叶片三维气动设计优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com第43卷第4期热力透平Vo1．43NO．42014年12月THERMALTURBlNEDec．2O14文章编号：1672—5549(2014)04—0235—04基于结构可靠胜的涡轮叶片三维号动设计优化彭茂林，刘波，孙吉宏(海军装备技术研究所，青岛266012)摘要：将结构静强度可靠性、疲劳可靠性以及刚度可靠性作为基本约束条件，对某涡轮静、动叶片进行了三维气动设计优化。建立了涡轮叶片结构可靠性气动设计优化模型，给出了叶片热一流一固耦合分析流程及气动设计优化代价函数。结果表明：优化后，静、动叶片的气动效率均值分

2、别提高了2．45％和6．17，且气动效率的标准方差也有一定减小；优化后，动叶片的各项结构可靠度指标得到提高，且达到设计要求；动叶片的结构系统可靠度从91．3提高到了99．87。关键词：设计优化；气动效率；涡轮叶片；结构可靠性中图分类号：TK472文献标识码：Adoi：10．13707／]．cnki．31一t922／th．2014．04．001ThreeDimensionAerodynamicDesignOptimizationofTurbineBladeBasedonStructuralReliabilityPENGMao—lin，LIUBo，

3、SUNJi—hong(TheNavyEquipmentInstituteofTechnology，Qingdao266012，China)Abstract：Takingthestrengthreliability，fatiguereliabilityandstiffnessreliabilityasthebasicconstraintconditions，thethreedimensionaerodynamicoptimizationwasdoneforaturbineguidebladeandrotatingblade．First，anaer

4、odynamicdesignoptimizationmodelofbladestructuralreliabilitywasestablished．Andthethermal—-fluid——solidcouplinganalysisprocessandtheaerodynamicdesignoptimizationcostfunctionweregained．Theresultsprovedthat：afteroptimization，theaerodynamicefficiencyoftheguidebladeandrotatingblad

5、earepromotedby2．45and6．17respectively，andthestandarddeviationoftheaerodynamicefficiencyisreducedtosomeextentatthesametime；everystructuralreliabilityindexesarepromotedtosatisfythedesignrequirementsthestructuralsystemreliabilityoftherotatingbladeisincreasedfrom91．3to99．87．Keyw

6、ords：designoptimization；aerodynamicefficiency；turbineblade；structuralreliability在将高温高速燃气的热力学能转换为涡轮机研究了基于响应面法的可靠性稳健设计优化方械能的过程中，涡轮叶片起到至关重要的作用。法，在这些工作的基础上，本文将叶片的结构系统能量转换的效率与叶片的形状密切相关l_1]，气动可靠度作为基本约束条件，对某船用涡轮叶片进效率最大化一直是研究者努力追求的目标[2]，行了三维气动设计优化，在提高效率的同时，保证但是气动效率提高的同时往往会牺牲其它优良性了叶片

7、的结构可靠性，取得了较好的效果。能，比如强度。因此，在对涡轮叶片进行气动设计优化的同时，如何保证叶片的强度，满足可靠性要1基于结构可靠性的涡轮叶片气动求，已成为难点重点问题。作者在文献E5]中详细设计优化模型介绍了涡轮叶片的参数化建模方法，在文献E63和文献r-73中进一步研究了涡轮叶片气动效率的计涡轮叶片气动设计优化模型见下式：算方法和结构可靠度计算方法，在文献[8～9]中Minimizef(／ZH，仃HIx)收稿日期：2014—07—16修订日期：201410—20作者简介：彭茂林(1985一)，男，湖南祁东人，毕业于海军工程大学，博士，工

8、程师，主要从事舰船装备结构设计优化及装备维修保障方面的研究。

9、111圆国学兔兔www.xuetutu.com第4期基于结构可靠性的涡轮叶片三维气动设计