多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法和优化方法与流程

本发明涉及航空发动机装配，具体地，涉及一种针对多级盘片分离转子组件的初始不平衡量预测方法和优化方法。

背景技术：

1、航空发动机转子组件装配在发动机装配中占有重要地位，其中，转子组件的初始不平衡量是转子装配质量的重要标准之一。初始不平衡量过大，会导致在转子在高速运转中发生剧烈振动，造成转子叶尖碰磨等问题，最终影响发动机的运行性能，甚至影响发动机的使用寿命。因此，在转子组件装配前，有必要对其初始不平衡量进行预测，并结合预测结果对转子组件多级叶片的排列顺序进行优化，以保证最终装配质量。

2、目前国内外对多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方面的研究相对较少，其中公开号为cn116757064a的专利公开一种大型高速回转装备多级失谐叶盘转子叶片排序优化方法和装置，该发明适用于大型高速回转装备失谐叶盘叶片的排序，解决对于多级转子不平衡量的调控精准性低的问题。该发明的方法包括：根据基准轴变换原理，建立多级转子多个叶片的不平衡量传递模型，获取目标函数；利用云自适应遗传算法，获取优化的叶片排序顺序，具体包括：将一组叶片当作一个染色体，对叶片排布进行编码；设置初始种群和父代种群的大小、迭代次数；利用目标函数，获取适应度函数、适应度相对值、交叉概率和变异概率；进行云自适应遗传算法的迭代计算，获取优化的叶片排序顺序。

3、上述专利也是通过多级转子的初始不平衡量对叶盘转子叶盘进行排序优化，但其主要侧重于排序优化方面的内容，对初始不平衡量的获得并没有清晰的记载；且其初始不平衡量的求取过程中仅分解至左右两个校正面，经实践，初始不平衡量的这种预测结果并不精确，对于叶盘叶片的排序优化仍然欠缺指导性意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种精确度更高的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，预测流程为：在获得第i级叶盘整体的不平衡质点的不平衡量ui后，得出各级叶盘整体的不平衡离心力fi；将fi对应到转子的两个支撑点上，得出两个支撑点所受的反力fia和fib；将第i级叶盘的不平衡量ui分解到两个校正面，结合两个支撑点的反力及两个校正面上的不平衡量关系，得出第i级叶盘整体的不平衡质点分别在两个校正面的不平衡量uil和uir；将各校正面上各级叶盘整体的不平衡矢量合成，得多级盘片分离转子组件在各校正面上不平衡矢量的模，取所得模中的最大值，作为多级盘片分离转子组件的初始不平衡量。

4、更进一步地，第i级叶盘全部叶片不平衡质点的不平衡量ui通过如下流程获得：

5、获取装配坐标系下第i级叶盘第m个榫槽上安装的叶片的空间位置

6、建立不平衡量预测坐标系，通过矩阵变换，计算不平衡量预测坐标系下第i级叶盘第m个榫槽上安装的叶片的不平衡量；

7、对第i级叶盘全部叶片进行不平衡矢量合成，得到第i级叶盘叶片不平衡矢量uim；

8、结合第i级轮盘的不平衡质点的不平衡量uin，得到第i级叶盘整体的不平衡质点的不平衡量ui。

9、再进一步地，不平衡量预测坐标系为以各级叶盘首尾截面中心线通过装配坐标系o1xyz原点建立，所述不平衡量预测坐标系相对于装配坐标系为围绕o1z轴旋转θ0角度和围绕o1y轴旋转θp角度。

10、本发明同时提供一种对如上所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法所得的初始不平衡量进行优化的优化方法，通过建立优化模型，采用自适应精英遗传算法进行优化。

11、进一步地，所述优化模型为：

12、f3＝minu|

13、s.t.x＝[x1,x2,…xi]t

14、

15、i＝1,2,…,n

16、minu|<md,max

17、其中，f3是多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测值；x是多级叶片整体的排列顺序矩阵，由于每一层叶片的数目不相同，需要用0将矩阵中没有叶片编号的位置补齐；xi是第i级叶片的排列顺序；是第i级叶片从1到第ji个榫槽上叶片质量构成的向量；n是多级盘片的总级数；md,max是盘片分离转子组件初始不平衡量误差允许的上限值。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1)本发明的初始不平衡量预测方法将叶片质心向量从装配坐标系转换到初始不平衡量预测坐标系，引入转子的两个支撑点，通过将各级叶盘整体的不平衡离心力分解到各支撑点上，求得各支撑点反力后，再推出各级叶盘整体的不平衡质点分解到各校正面上的不平衡量，所得各校正面上的不平衡量矢量合成后的模取最大值作为初始不平衡量的预测值，充分考虑了支撑转子的两个支撑点之间的位置关系对转子组件初始不平衡量测量的影响，从而提高了多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测模型的准确性。

20、(2)优化方法利用上述的不平衡量预测方法，通过自适应的精英遗传算法，提高算法的搜索能力并提高算法的效率。对多层且每层不同叶片数进行排序优化，从而实现多级盘片分离转子组件初始不平衡量的优化。

技术特征：

1.一种多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，所述转子组件的初始不平衡量的预测流程为：在获得第i级叶盘整体的不平衡质点的不平衡量ui后，得出各级叶盘整体的不平衡离心力fi；将fi对应到转子的两个支撑点上，得出两个支撑点所受的反力fia和fib；将第i级叶盘的不平衡量ui分解到两个校正面，结合两个支撑点的反力及两个校正面上的不平衡量关系，得出第i级叶盘整体的不平衡质点分别在两个校正面的不平衡量uil和uir；将各校正面上各级叶盘整体的不平衡矢量合成，得多级盘片分离转子组件在各校正面上不平衡矢量的模，取所得模中的最大值，作为多级盘片分离转子组件的初始不平衡量。

2.根据权利要求1所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，fia和fib根据静力学平衡原理求得。

3.根据权利要求1所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，第i级叶盘全部叶片不平衡质点的不平衡量ui通过如下流程获得：

4.根据权利要求3所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，不平衡量预测坐标系为以各级叶盘首尾截面中心线通过装配坐标系o1xyz原点建立，所述不平衡量预测坐标系相对于装配坐标系为围绕o1z轴旋转θ0角度和围绕o1y轴旋转θp角度。

5.根据权利要求4所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，从装配坐标系转换到不平衡量预测坐标系的变换矩阵ticz为：

6.根据权利要求5所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法，其特征在于，不平衡量预测坐标系下第i级叶盘第m个榫槽上安装的叶片的坐标向量为：

7.一种对如权利要求1～6任意一项所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法所得的初始不平衡量进行优化的优化方法，其特征在于，建立优化模型，采用自适应精英遗传算法进行优化，所述自适应精英遗传算法包括自适应交叉算子和自适应变异算子。

8.根据权利要求7所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量优化方法，其特征在于，所述优化模型为：

9.根据权利要求8所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量优化方法，其特征在于，所述自适应交叉算子的概率函数为：

10.根据权利要求9所述的多级盘片分离转子组件初始不平衡量优化方法，其特征在于，所述自适应变异算子的概率函数为：

技术总结本发明公开一种多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测方法和优化方法，预测方法中，在获得第i级叶盘整体不平衡量后，得出不平衡离心力，并对应到转子的两个支撑点上，得出各支撑点所受反力；将第i级叶盘整体不平衡量分解到两个校正面，结合两个支撑点的反力及两个校正面上的不平衡量关系，得出第i级叶盘整体分别在两个校正面的不平衡量；将各校正面上不平衡矢量合成，并取所得模中的最大值作为转子组件的初始不平衡量。本发明引入转子两个支撑点，充分考虑了支撑转子的两个支撑点之间的位置关系对转子组件初始不平衡量测量的影响，从而提高了多级盘片分离转子组件初始不平衡量预测模型的准确性。技术研发人员：刘萌,周玉,吕华蕾,孙惠斌,高越,王佳星,徐志伟,覃莺,刘军勇受保护的技术使用者：中国航发南方工业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26