基于第二代非支配排序遗传算法的转子优化设计

为了减小双盘转子系统的整体振动,针对航空发动机普遍采用的典型1-0-1支承结构下的双盘转子,提出了一种使用多学科优化软件Isight与通用有限元软件ANSYS集成的分析方法。将两转盘位置作为优化变量,以一阶临界转速在10%内的变化为约束条件,采用第二代非支配排序遗传算法NSGA_Ⅱ(Non-Dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ)最小化过一阶临界转速时两转盘的振幅。在高速柔性模拟转子试验器上进行了试验验证,优化后,盘1过一阶临界转速时最大振幅下降了77%,盘2下降了68%,试验结果证明了该优化方法的正确性,能够有效、准确地获取转盘的最优位置,提高了转子设计的效率和质量。     

一种跨二阶柔性转子无试重模态平衡方法

为解决传统柔性转子动平衡方法需要添加试重、多次启动的问题,发展了一种基于无试重模态动平衡方法的柔性转子二阶动平衡方法。该方法得益于转子有限元建模技术的发展,通过Samcef Rotor获取转子平衡所需的各阶模态,结合测量所得参考点的振动信息,利用无试重模态动平衡方法计算得出平衡所需的配重大小和方位。运用该方法对试验转子分别进行了一阶和二阶平衡,每次平衡只需开车一次,平衡后一阶振幅下降59.44%,二阶振幅下降97.56%。试验结果表明:该方法可有效降低转子不平衡振动,减少平衡开车次数,大大提高了转子的平衡效率。     

双盘转子系统动力特性分析及优化设计

为了减小双盘转子系统的整体振动,对居中盘位置进行了优化。建立了带悬臂和居中双盘转子系统的八自由度力学模型和运动微分方程,利用Simulink动态仿真系统计算了加速情况下的转子瞬态响应以及双盘转子系统稳态响应的轴心轨迹,分析研究了转速、两盘偏心及其相位角、两盘质量比等对系统响应的影响。利用多学科设计优化软件Isight,采用最优拉丁超立方设计(Optimal Latin Hypercube Design,Opt.LHD)算法和多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm),以双盘扰度均最小为优化目标,以居中盘的位置为优化变量进行了优化,优化后悬臂盘的扰度下降44.6%,居中盘的扰度下降79.9%。     

双盘转子系统优化算法与试验

为了讨论不同优化算法的效果差异,利用有限元分析技术,针对典型1-0-1支承方案的双盘转子系统进行建模仿真,在分析其动力学特性的基础上,联合多学科优化软件ISIGHT,将两转盘位置作为优化变量,以1阶临界转速在10%内的变化为约束条件,采用不同的优化算法:进化算法(EVOL)、多岛遗传算法(MIGA)、邻域培植遗传算法(NCGA)、第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)以及Pointer方法,最小化过1阶临界转速时两转盘的最大振幅,得到两转盘的最优位置.在高速柔性模拟转子试验器上进行了瞬态试验,结果表明,NSGA-Ⅱ只需要计算240个点,就可以使两转盘振幅分别下降76.94%和67.42%.因此,NSGA-Ⅱ是最适合该类转子系统的优化方法.