[发明专利]一种航发齿轮传动系统的多目标优化设计方法、系统及介质

说明书

本发明公开一种航发齿轮传动系统的多目标优化设计方法、系统及介质，方法步骤为：1)确定航发齿轮传动系统的优化目标、设计参数和约束条件；2)获取待评估的航发齿轮传动系统优化目标及对应设计参数的可行方案；3)利用可行方案评估模型对步骤2)的可行方案进行评估，判断该可行方案中包含的设计参数种类是否满足预设可行方案种类多样性指标；4)对满足可行方案多样性指标的可行方案进行优化，得到航发齿轮传动系统优化设计变量的最优可行方案。系统包括参数获取模块、可行方案搜寻模块、可行方案评估模块、可行方案优化模块；本发明实现航发附件机匣传动系统结构参数的快速优化，为航发传动系统的主动设计提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体是一种航发齿轮传动系统的多目标优化设计方法、系统及介质。

背景技术

航发发动机是为航发飞行器提供动力的高度复杂和精密的机械，被喻为航发飞行器的“心脏”。航发附件机匣作为航发发动机机械系统的重要组成部分，在航发发动机起动阶段与运行阶段起到传递动力的作用，是保障发动机安全、可靠工作的关键。通常航发附件机匣约占航发发动机总重量的3～6％，由于其结构复杂、空间狭小，且面临高速、高温、重载等恶劣工况，长期以来航发附件机匣的优化设计难度较大。随着航发装备向着高可靠性、高功率密度、轻量化等方向发展，先进附件机匣的设计难度进一步提升。基于常规设计手册的传统航发附件机匣传动系统设计方法已难以全面平衡上述矛盾。

对于航发附件机匣传动系统而言，目前相关优化设计研究文献相对较少。但在例如车辆、机床、船舶、风电等其他领域，对于传动系统的动态特性或轻量化的单目标优化设计研究已经较为成熟，目前正在向着动态服役寿命与结构参数的全局多目标优化设计的方向发展。然而就航发传动领域而言，由于其高机动、高可靠、轻量化等需求以及复杂的工况条件，现有多目标优化技术仍有待提升。

目前，多目标优化方法主要基于Pareto优势与分解式多目标优化框架。前者在适用性、解的优劣性等方面均有较为优异的表现，但求解效率较低，为提供全面的结果往往以增加复杂性和计算成本为代价，后者则恰恰相反。因此，对于航发附件传动系统而言，如何实现附件传动高效设计与优化是高性能航空发动机设计迫切需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种航发齿轮传动系统的多目标优化设计方法，包括以下步骤：

1)确定航发齿轮传动系统的优化目标、设计参数和约束条件；

2)构建可行方案搜寻模型，并利用可行方案搜寻模型获取待评估的航发齿轮传动系统优化目标及对应设计参数的可行方案；

3)基于TSNE与K-means算法构建可行方案评估模型，并利用可行方案评估模型对步骤2)的可行方案进行评估，判断该可行方案中包含的设计参数种类是否满足预设可行方案种类多样性指标，若是，则进入步骤4)，否则返回步骤2)；

4)对满足可行方案多样性指标的可行方案进行优化，得到航发齿轮传动系统优化设计变量的最优可行方案。

进一步，所述航发齿轮传动系统优化模型的约束条件包含基本约束、结构约束、强度约束；

其中，基本约束包括模数约束、齿数约束、传动比约束以及齿宽系数约束；

结构约束包括定中心距约束、变位系数约束、滑动率约束、防止根切、齿顶厚干涉约束以及防止干涉约束；

强度约束包括接触安全系数、弯曲安全系数、胶合安全系数。

进一步，步骤2)中，利用可行方案搜寻模型获取待评估的航发齿轮传动系统优化目标及对应设计参数的可行方案的步骤包括：

2.1)以约束条件作为关键节点，构建n层可行方案搜寻模型；

2.2)利用启发式搜索算法对可行方案搜寻模型的每一级分层递进搜索，得到可行方案。