[发明专利]一种航空发动机静叶片联调机构优化设计方法

说明书

本发明属于航空发动机静叶联调机构优化设计技术领域，尤其涉及一种航空发动机静叶片联调机构优化设计方法。通过齐次坐标法和图解法结合MATLAB软件求解出两级联调机构的运动学方程；根据两级曲柄之间的转动关系，通过两级运动学方程推导出两级摇臂转动关系方程；通过摇臂转动关系方程，应用遗传算法对两级联调机构中的关键构件进行联合优化。通过该方法可以快速高效得设计出满足设计要求的联调机构。并且理论分析比仿真分析更具有可信度和说服力；多级联合优化可以显著扩大可行解的范围，为机构的设计提供更多的选择；智能优化算法可以显著提高分析求解的速度、精度，提高设计效率，缩短设计周期。

技术领域

本发明属于航空发动机静叶联调机构优化设计技术领域，尤其涉及一种航空发动机静叶片联调机构优化设计方法。

背景技术

目前，参照图1，公知的各级静叶联调机构的构造是由曲柄、连杆、联动环、支座和摇臂组成，各级之间由级间连杆相连，整个机构由作动筒驱动。级间连杆把作动筒的驱动力传递给各级曲柄，曲柄绕着曲柄旋转轴转动，并通过连杆和联动环带动摇臂转动，静子叶片与摇臂的一端固连，最终在作动筒的驱动下使得各级静子叶片按各自指定的运动规律转动指定角度。但是，联调机构空间运动关系复杂、设计难度大。

很多对它的设计和分析是通过仿真和试错的方法进行的。比如2016 年中航工业沈阳发动机设计研究所的梁爽等发表在《航空发动机》中的一篇文章中，用仿真的方法基于ADAMS软件，分析、优化、设计了多级联调机构。2015年南京航空航天大学硕士毕业生张帅在毕业论文中对联调机构平面模型用改进D-H法进行了运动学求解，分析了其运动规律。2014年中航工业沈阳发动机设计研究所的张晓宁等发表在《航空发动机》中的《联调机构虚拟样机运动学动力学仿真》中运用ADAMS软件对联调机构进行了运动学仿真分析，然后用AUTOCAD软件对联调机构各级静叶转动规律进行了求解，并把求解结果和仿真结果进行对比，证明了仿真结果的正确性和仿真方法的优越性。

目前，对于多级联调机构的优化设计大多是通过运动仿真进行的，而理论分析比较欠缺。且优化求解方面，都属于串行优化(即先优化第零级，再以其为基准优化其它级)，未达到多级联合优化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种航空发动机静叶片联调机构优化设计方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种航空发动机静叶片联调机构优化设计方法，其中：通过齐次坐标法和图解法结合MATLAB软件求解出两级联调机构的运动学方程；

根据两级曲柄之间的转动关系，通过两级运动学方程推导出两级摇臂转动关系方程；

通过摇臂转动关系方程，应用遗传算法对两级联调机构中的关键构件进行联合优化。

优选的，两级联调机构包括第零级联调机构和第一级联调机构，第一级联调机构与第零级联调机构是对称结构；

每级联调机构都由曲柄、连杆、支座、联动环、摇臂、叶片组成，级间由级间连杆相连；

曲柄绕曲柄旋转轴转动、摇臂绕叶片旋转轴转动、联动环在绕机匣中心轴转动的同时沿机匣中心轴作轴向移动；

机构的基坐标系建立在初始状态下第零级联动环的旋转中心。

优选的，第零级摇臂和联动环转过的弦长在x轴方向的分量相等，即摇臂长度乘以摇臂转过角度的正弦值的大小与联动环半径乘以联动环转过角度的正弦值的大小相等，即S与S₀相等；

由此求解出第零级摇臂转动角度ω₀和联动环转动角度β₀的关系；