● 摘要
航空发动机中涡轮叶片的性能直接影响发动机各方面的性能指标，而叶片的设计过程涉及气动力学、传热学、强度分析、振动分析、疲劳、寿命评估及可靠性等诸多学科，而各学科之间存在着复杂的耦合关系。因此，人们开始将多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization ，MDO)引入航空发动机等复杂系统及零部件的设计优化中。多学科设计优化技术是通过充分探索和利用相互作用事物之间的协同机制来设计复杂工程系统和子系统的方法论。本文对包含了各学科影响的航空发动机涡轮叶片设计问题尤其是其中的热分析技术和强度设计技术进行了研究，建立了一种涡轮叶片多学科设计优化方法。本文主要工作包括：1、综述了国内外关于多学科设计优化技术的理论及工程应用的现状，对多学科设计优化技术做了详细的介绍，阐述了多学科设计优化的定义，组成及实质；2、针对涡轮叶片多学科设计优化中热分析和强度分析的相关问题进行了深入的研究，建立了相应学科分析模型；3、开发了三维坐标插值程序实现学科间载荷信息传递；基于经验准则公式开发出涡轮叶片表面对流换热系数计算程序；在研究ANSYS软件参数化设计语言基础上利用插值及换热程序输出APDL参数化加载宏文件，实现分析模型边界条件的精确加载；4、完成了涡轮叶片热分析、强度分析、质量计算，采用ANSYS参数化命令及自编接口程序的自动走通，将其并入涡轮叶片多学科设计优化流程，建立了一个多学科设计优化的系统平台。经过对某涡轮叶片的多学科设计优化验证，表明本文所建立的多学科设计优化系统可以实现涡轮叶片的多学科设计优化，该系统是可行的，有效的；进一步完善该系统具有应用于工程设计的可行性和可靠性。本研究为全面提升航空发动涡轮叶片的整体性能，也为多学科设计优化技术在整个涡轮部件甚至整个航空发动机系统中的应用打下基础，