航空发动机涡轮叶片径向变形的概率分析

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1、第38卷第1期航空发动机Vnl-38No．12012年2月AeroengineFeb．2012航空发动机涡轮叶片径向变形的概率分析费成巍，白广忱(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：为描述航空发动机涡轮叶片径向位移的变化规律，改善叶尖间隙设计和控制的合理性，考虑多种随机变量，融合有限元和响应面方法进行了叶片径向变形的概率分析。通过对涡轮叶片在典型载荷下的热分析和结构分析，计算出叶片变形随时间的变化规律，并找出最大位移点作为概率分析的计算点；在计算点处考虑热载荷和离心载荷作用，结合响应面拟合蒙特卡洛法计算出了危险点处的叶片径向变形

2、的分布概率和符合设计要求的可靠度，并分析了影响间隙量的随机因素的灵敏度。结果表明：叶片径向变形量和安全变形概率基本符合设计要求；影响叶片径向位移变化的主要因素是温度、转速和质量。关键词：涡轮叶片；径向变形；灵敏度；概率分析；响应面法；航空发动机费成巍(1983)，男，在读博士研究生，研究方向为航空发动机结构可靠性优化设ProbabilisticAnalysisofTurbineBladeRadialDeformationfor计与振动故障诊断技术分析。Aeroengine基金项目：国家自然科学基金(51175017)FEICheng—wei，BAIGu

3、ang—chen资助(SchoolofJetPropulsion，BeihangUniversity，Beijing100191，China)收稿日期：2011-08—12Abstract：Todescribethechangingruleofturbinebladeradialdeformationduringaeroengineoperation，andimprovereasonalityofblade—tipclearancedesignandcontrol，theprobabilisticanalysisofbladeradialdeforma

4、tionwasanalyzedbasedonfiniteelementandresponsesurfacemethodconsideringmanyrandomvariables．Throughthermalandstructuralanalysisunderthetypicalloads，thechangingrulesofbladedeformationwithtimewerecalculated，aswellasthemaximaldeformationpointswereregardedastheprobabilisticanalysispoi

5、nts．Withtheeffectofthernalloadsandmechanicalloads，itwasavailabletocaleulatethedistributionDrobabilisticandallowablereliabilityofbladeradialdeformation，andsensitivityanalysisofrandomvariablesinfluencingbladeradialdeformationwerecompletedbyfusingrespondsurfaceandMonteCadomethod．Th

6、eresultsshowthatbladeradialradialdeformationandsafydeformationprobabilisticbasiclymeetsthedesignrequierment，themainfactorsinflueningbaldradialdeformationaretemperature，speedandquality．Keywords：turbineblade；radialdeformation；sensitivity；probabilisticanalysis；responsesurfacemethod

7、；aeroengine机性，具有很大的盲目性。因此，考虑多个随机因素，0引言将叶片位移的确定性分析转变为对叶片变形的概率在航空发动机工作时，叶片的径向位移严重影响分析势在必行。了叶尖间隙，同时也影响着发动机的性能、效率和安本文利用有限元和响应面方法，考虑热载荷和离全，因此，研究叶片径向变形对叶尖间隙设计与控制心载荷作用，合理选取随机变量，对轮盘径向运行变具有重要意义。在发动机工作循环过程中，叶片径向形量的概率进行分析。位移受机械和热载荷等诸多因素的影响，并随工作状1涡轮盘有限元分析态的不同而变化，所以选择合理的叶片位移分析方法至关重要，也是研制高性能和

8、高可靠性发动机最主要选取某型发动机第1级高压涡轮叶片，对叶片模的关键技术之一。目前，国内外对叶