[发明专利]一种航空发动机低压风扇转子叶片排序方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机低压风扇转子叶片排序方法。该方法以转子叶片质量矩和转子初始不平衡量为输入，引入退火选择操作，建立了基于退火单亲遗传算法的风扇转子叶片排序模型。此方法在无需人工微调的情况下便可得到优于传统遗传算法的结果，可靠性较高，寻优速度快，且不易陷入局部收敛，有利于进行高效快速准确的风扇转子叶片排序。

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片排序方法。

背景技术

近年来，我国航空发动机在装配质量管控方面与国外有很大的差距，目前制约发动机发展的核心问题之一便是高速旋转的转子结构振动问题。转子不平衡是影响发动机试车时振动超限的主要原因，为避免不平衡现象的发生，最根本的措施就是改变转子叶片的排布顺序，使其产生的离心力相对于旋转轴对称分布，相反方向的离心力相互抵消，消除不平衡力，从而使转子达到平衡。

文献“遗传算法对压气机叶片排序的应用，航空动力学报，2005，Vol20(3)，p518-522”公开了一种基于遗传算法的压气机叶片装配中的排序优化方法。该方法将压气机n片叶片均匀地分布在一圆盘边上，将圆盘边分为m个象限，每个象限叶片的总质量与相邻象限叶片的总质量之差不允许超过p(单位：g)值，两相邻叶片间的振荡频率差不允许小于q(单位：hz)值，满足此要求的解才是可行解。在此基础上，象限间质量差的方差越小，叶片间频率差的方差越大，对应的解则最优。文献所述方法将叶片排序问题转化为旅行商问题，利用传统的遗传算法求解叶片排序问题耗时长、精度不高且经常发生局部收敛；另外当叶片数目较多时划分象限比较繁琐，很难满足转子不平衡量的要求，具有一定的局限性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种航空发动机低压风扇转子叶片排序方法。该方法以转子叶片质量矩和转子初始不平衡量为输入，引入退火选择操作，建立了基于退火单亲遗传算法的风扇转子叶片排序模型。此方法在无需人工微调的情况下便可得到优于传统遗传算法的结果，可靠性较高，寻优速度快，且不易陷入局部收敛，有利于进行高效快速准确的风扇转子叶片排序。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：设置初始种群；

假设转子叶片数目为N个，解空间S表示为所有叶片顺序的循环排列组合，即S＝{(π₁，π₂…π_N)|(π₁，π₂…π_N)为(1，2，…N)的循环排列}，其中每一个循环排列表示N个转子叶片的一个回路，初始解选为{1，2，…N-1，N}；

以初始解为根据，将循环排列的顺序随机打乱，设置交换顺序的次数，通过任选序号u，v(u＜v)交换u与v之间的顺序，此时的新顺序为：π₁…π_u-1π_vπ_v-1…π_u+1π_uπ_v+1…π_N；以这N个转子叶片个体作为初始点开始迭代；

步骤2：建立转子叶片质量矩的物理模型；

步骤2-1：假设叶片i的理论质量为m_i，理论回转半径为因此理论质量矩为叶片i的实际质量为m_i+Δm_i，实际回转半径为实际质量矩为由于故省略后一项，则

步骤2-2：N个转子叶片对转子旋转轴线的质量矩矢量和为理想状态下，所有叶片对旋转轴线的质量矩矢量和为0，即将最终简化为

步骤2-3：设转子的初始不平衡量为结合步骤2-2中的叶片质量矩矢量和，则转子最终的不平衡量模型为

步骤3：设计适应度函数；

将叶片排序后的转子残余不平衡量作为评价指标，适应度函数设计为