航空发动机高压压气机动平衡叶片装配优化

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航空发动机是飞机最为核心的部件之一,而高压压气机在高速旋转的时候,转子的不平衡量对整机振动有较大的影响,已成为导致航空发动机振动故障的主要因素之一。高压压气机转子在装配完成后通常同时存在有静不平衡以及力偶不平衡,需要在叶片安装完成后或者多级装配后多次在动平衡机上进行检测、配重以提高平衡性,耗时且经济投入大。如何使叶片安装完成后初始不平衡量最小是发动机厂商在进行叶片装配时需要考虑的难题。本文首先分析了高压压气机转子的不平衡产生的原因以及准刚性转子的静、动平衡的原理。建立了使转子单级盘叶片排序的静不平衡量较小的目标函数。使用MATLAB对改进的蚁群算法进行编程仿真,来优化单级叶片排序方案,对比厂商提供的发动机V2500第4级叶片实际数据的仿真计算后残余静不平衡量大大减小;然后通过对转子多级盘力学模型的建立,分析了需要使得不平衡力与不平衡力矩同时相对最小的双目标优化问题,构建加权系数合适的单目标函数。传统遗传算法在求解多级转子安装角度优化上,搜索范围太大并且未知数维度太多,难以得到准确的优化结果;而量子遗传算法其编码方式具有高度并行性原则,搜索范围广并且收敛速度要比传统遗传算法要快。使用量子遗传算法计算了多级盘转子的安装角度,并与传统遗传算法的数据进行了对比,优化了高压压气机转子在多级轮盘安装完成后的剩余不平衡力矩以及不平衡力,使高压压气机转子在叶片装配完成后能有一个较好的平衡精度。最后,基于MATLAB建立了GUI交互界面《航空发动机高压压气机动平衡叶片装配优化系统》,更加直观地使用和计算得出压气机转子平衡装配的优化方案,并且验证了完整数据计算后的系统可行性,具有较好的实际应用意义。
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