多場環境下渦輪盤的強度與振動安全性仿真優化研究

任 眾，朱東華，許開富

（西安航天動力研究所,陜西西安710100）

多場環境下渦輪盤的強度與振動安全性仿真優化研究

任 眾，朱東華，許開富

（西安航天動力研究所,陜西西安710100）

渦輪盤作為發動機的關鍵部件，工作在高溫、高負荷、高轉速及大振動的環境中，由強度與振動問題引起的輪盤破壞是發動機的常見故障之一。本文采用氣熱固耦合的方法，對某發動機一級渦輪盤進行有限元結構與模態仿真，并采用相應的靜強度與振動準則進行安全性分析。結果表明，輪盤中心孔處的靜強度安全余量較小，且二節徑、三節徑耦合頻率與工作頻率的避開率小于10%，工作時存在共振危險。經過結構優化，將輪盤厚度增加25%，同時根部局部加厚，中心孔處應力水平顯著降低，各節徑耦合共振頻率的避開率均大于20%，渦輪盤的安全性滿足要求。

渦輪盤；氣熱固耦合；安全性分析；結構優化

0 引言

渦輪盤作為發動機的關鍵部件，要求其在高溫、高負荷、高轉速以及振動載荷的工作環境下有著非常高的安全可靠性，而由強度與振動問題引起的輪盤疲勞破壞是發動機的常見故障之一[1-2]。因此，在進行渦輪盤設計時，需要進行靜強度與振動安全性分析，使靜強度滿足要求，同時通過合理的設計使其固有頻率盡量遠離工作轉速的倍頻，避免由于共振而產生的輪盤破壞。

渦輪盤工作時由于受離心力、氣動力與熱載荷的共同作用，載荷復雜，同時旋轉剛化作用及高溫環境會對輪盤固有頻率產生顯著的影響?！?br>