基于第二代非支配排序遗传算法的转子优化设计

推进技术 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (12): 1881-1886.

基于第二代非支配排序遗传算法的转子优化设计

黄晶晶¹,郑龙席¹,刘钢旗¹,梅庆²

西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072,西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072,西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072,航空发动机振动技术航空科技重点实验室，湖南株洲412002

发布日期:2021-08-15
作者简介:黄晶晶(1981—)，女，博士研究领域为航空宇航科学与技术。E-mail:huangjingjing@mail.nwpu.edu.cn生，。

DesignandOptimizationofaTwo-DiskRotor

SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China,SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China,SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China and AviationKeyLaboratoryofAeroengineVibrationTechnology，Zhuzhou412002，China

Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 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NS.GA_Ⅱ(Non-DominatedSortingGeneticAlgorithmⅡ)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。

关键词: 双盘转子；多目标优化；第二代非支配排序遗传算法中图分类号:V231；O347.6文献标识码:A文章编号:1001-4055(2015)12-1881-06DOI:10.13675/j.cnki.tjjs.2015.12.018

Abstract: Inordertoreducetheoverallvibrationofatwo-diskrotorsystem，anintegratedanalyticalmeth.odwasproposedtooptimizethetwo-diskrotorsystemundertheaero-enginesupportstructureoftypical1-0-1withmultidisciplinaryoptimizationsoftwareIsightandgeneralfiniteelementsoftwareANSYS.Thepositionsofthetwodiskswereselectedastheoptimizationvariables，thefirstcriticalspeedwiththevariationrangeof10%wassetastheconstraint，andtheoptimizationobjectivewastominimizetheamplitudesofthetwodiskscrossingthefirstcriticalspeedwithNon-DominatedSortingGeneticAlgorithmⅡ(NSGA_Ⅱ).Inordertoverifythevalidityofthedesignoptimization，thetransienttestwascarriedoutonahigh-speedflexiblerotormockup.Themaximumamplitudeofdisk1crossfirstcriticalspeedfellby77%andthemaximumamplitudeofdisk2de.creasedby68%afteroptimization.Experimentalresultsindicatethattheoptimizationmethodcouldobtainthepo.sitionsoftheflexiblerotorwiththeminimumamplitudeeffectively，accuratelyandrapidly，andimprovethede.signefficiencyandquality.

Key words: Two-diskrotor;Multi-objectiveoptimization;Non-DominatedSortingGeneticAlgorithmⅡ

黄晶晶,郑龙席,刘钢旗,梅庆. 基于第二代非支配排序遗传算法的转子优化设计[J]. 推进技术, 2015, 36(12): 1881-1886.

HUANGJing-jing¹,ZHENGLong-xi¹,LIUGang-qi¹,MEIQing². DesignandOptimizationofaTwo-DiskRotor[J]. Journal of Propulsion Technology, 2015, 36(12): 1881-1886.

参考文献

[1] 刘长福,邓明.航空发动机结构分析[M].西安:西北工业大学出版社,2006.
[2] LeeDS,ChoiDH.ReducedWeightDesignofaFlexi.bleRotorwithBallBearingStiffnessCharacteristicsVaryingwithRotationalSpeedandLoad[J].JournalofVibrationandAcoustics,2000,122(3):203-208.
[3] LinYH,LinSC.OptimalWeightDesignofRotorSys.temswithOil-FilmBearingsSubjectedtoFrequencyConstraints[J].FiniteElementsinAnalysisandDesign,2001,37(10):777-798.
[4] YangBS,ChoiSP,KimYC.VibrationReductionOp.timumDesignofaSteam-TurbineRotor-BearingSys.temUsingaHybridGeneticAlgorithm[J].StructuralandMultidisciplinaryOptimization,2005,30(1):43-53.
[5] UntaroiuCD,UntaroiuA.ConstrainedDesignOptimi.zationofRotor-TiltingPadBearingSystems[J].Jour.nalofEngineeringforGasTurbinesandPower,2010,132(12):122502.
[6] 黄进,陆永忠.挤压油膜柔性转子系统的优化设计[J].华中科技大学学报(自然科学版),2002,30(11):93-94.
[7] 丁伟,刘波,曹志鹏,等.基于多目标遗传算法的多级轴流压气机优化设计[J].推进技术,2006,27(3):230-233.(DINGWei,LIUBo,CAOZhi-peng,etal.OptimizationDesignofMultistageAxial-FlowCompressorUsingMultiobjectiveGeneticAlgorithm[J].JournalofPropulsionTechnology,2006,27(3):230-233.)
[8] 王东华,刘占生.基于遗传算法的转子结构优化设计[J].汽轮机技术,2006,47(6):407-410.
[9] 于瑾,高建,任朝辉.转子系统的动态优化设计研究[J].机械设计与制造,2012,4(4):241-243.
[10] 晏砺堂,朱梓根,宋兆泓.结构系统动力特性分析[M].北京:北京航空航天大学出版社,1989.
[11] 王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2007.
[12] VanceJM.RotordynamicsofTurbomachinery[M].USA:Wiley-Interscience,1988.
[13] 赖宇阳.Isight参数优化理论与实例详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2012.
[14] WANGH,LIUY.Multi-ObjectiveOptimizationofPowerSystemReconstructionBasedonNSGA-Ⅱ[J].AutomationofElectricPowerSystems,2009,33(23):14-18.
[15] DwbK,AgaiwalS,MegarivanT.AFastandElitistMulti-ObjectiveGeneticAlgorithm:NSGA-Ⅱ[J].IEEETransactionsonEvolutionaryComputation,2002,6(2):182-197.
[16] 刘旭红,刘玉树,张国英,等.多目标优化算法NS.GA-Ⅱ的改进[J].计算机工程与应用,2005,41(15):73-75.(编辑:梅瑛)