航空发动机多辐板风扇盘拓扑优化与形状优化设计技术

推进技术 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (9): 1188-1196.

航空发动机多辐板风扇盘拓扑优化与形状优化设计技术

宋健,温卫东,崔海涛,刘超

南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京 210016

发布日期:2021-08-15
作者简介:宋健(1986—),男,硕士生,研究领域为先进材料与结构设计技术。E-mail:dfsongjian2006@126.com

Topology and Shape Optimization Method for Multi-Web Fan Disk in Aero-Engine

College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China;College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China;College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China;College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China

Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 为了设计出高性能航空发动机风扇盘结构,首先采用基于自适应随机抽样双向渐进拓扑优化方法对风扇盘进行拓扑优化,得到轮盘合理拓扑构型,然后基于该拓扑构型,采用形状优化方法对轮盘构型做进一步优化。结果表明,在满足强度要求下,设计出了高性能的三辐板、四辐板风扇盘最终减重19.23%,21.59%(其中拓扑优化减重17.12%,19.43%),并且最优解应变能密度分布更加均匀,说明了宽弦风扇盘的合理构型是由若干辐板组成的多辐板结构。 

关键词: 多辐板风扇盘;拓扑优化;形状优化 

Abstract: In order to design a high-performance fan disk in aero-engine,the method called Bi-Directional Evolutionary Structural Optimization based on Self-adaption and Random Sampling Strategy was used in the topologic optimization design of fan disks and obtained reasonable topologic configurations.Then,based on the topologic configurations,the shape optimization method was further adopted to design the structure of fan disks.The results demonstrate that three-web and four-web fan disks are achieved whilst the strength requirements can be satisfied.The weight of the optimum fan disks is reduced by 19.23% and 21.59% respectively (the reduction of weight for two types of structures during the topology optimization is 17.12% and 19.43%, respectively).Meanwhile the strain energy density is more uniform,which shows that the optimum structure of wide chord fan disks should be made up of several webs. 

Key words: Multi-web fan disk ;Topology optimization ;Shape optimization

宋健,温卫东,崔海涛,刘超. 航空发动机多辐板风扇盘拓扑优化与形状优化设计技术[J]. 推进技术, 2013, 34(9): 1188-1196.

SONG Jian,WEN Wei-dong,CUI Hai-tao,LIU Chao. Topology and Shape Optimization Method for Multi-Web Fan Disk in Aero-Engine[J]. Journal of Propulsion Technology, 2013, 34(9): 1188-1196.

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