Проектирование оптимального диска турбины - page 1

МЕХАНИКА
УДК 539.3+519.85+629.7.002
Ю . М. Т е м и с, А. В. Т р о и ц к и й
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ДИСКА
ТУРБИНЫ
На примере задачи проектирования оптимального диска турби-
ны показана эффективность применения метода анализа чувстви-
тельности. Рассмотрена задача минимизации массы диска при на-
личии прочностных и конструктивных ограничений . Метод позво-
ляет находить оптимальные проекты дисков с учетом упруго-
пластических деформаций . Приведен результат сравнительного
анализа эффективности метода проекции градиента с использова-
нием анализа чувствительности и метода квадратичной аппрокси-
мации с применением конечноразностной аппроксимации производ-
ной. Показано, что метод анализа чувствительности позволяет су-
щественно сократить время расчe та и увеличить количество ис-
пользуемых параметров проектирования .
В современных газотурбинных двигателях применяются диски ,
конструкции которых создаются методами оптимального проектирова-
ния [1]. Оптимальным является диск минимальной массы , конструкция
которого удовлетворяет заданным запасам прочности, технологиче -
ским и конструктивным ограничениям. При отсутствии градиентов
температур, технологических и конструктивных ограничений возмож -
но спрофилировать равнопрочный диск [1, 2]. Однако в общем слу -
чае создать равнопрочный диск, удовлетворяющий технологическим
и конструктивным ограничениям, работающий при неравномерном
распределении температуры по объему диска, невозможно. Поэтому в
работах [1, 3] была развита методика профилирования оптимальных
дисков, удовлетворяющих заданным запасам прочности, технологиче -
ским и конструктивным ограничениям. Применявшиеся в работе [1]
методы решения задач оптимального проектирования относились к
методам нулевого порядка. При этом время решения задач зависело
от числа параметров проектирования, а качество проекта зависело от
способности алгоритма приблизиться к глобальному минимуму при
наличии ограничений. В работе [3] предпринята попытка на основе
анализа моделей, описывающих предельное состояние диска, снять
ограничение на число параметров проектирования. Однако алгоритм
профилирования имел при этом существенные ограничения в возмож-
ности учeта конструктивных ограничений и реального распределения
напряжений и деформаций по объему диска.
Вестник МГТУ им. Н .Э. Баумана. Сер . "Естественные науки ". 2004. № 2 23