● 摘要
航空发动机是一种典型的高速旋转机械，随着航空领域技术水平的发展，其对结构设计的要求日益提高。相比于西方国家，我国现行发动机结构设计方法与设计准则的制定起步较晚，结构优化设计领域的研究成果有限，而自主研发新一代高推/功重比航空发动机的任务给结构设计领域提出了新的挑战，因此有必要进一步发展航空发动机结构与动力学设计技术，建立一套相对完善的结构与动力学一体化设计体系，包含成熟的设计方法、设计数据库和设计标准等部分。该设计体系架构复杂、内容繁多、覆盖领域广泛，体系的建立需要科研人员的长期研究和实践。在体系建立初期，应重点关注以评估标准和优化设计为主要内容的设计方法部分。
遵循上述原则，本文以涡轴发动机燃气发生器转子为研究对象，针对航空发动机结构与动力学评估标准和优化设计方法展开研究。在内容上，前者主要以“结构效率”概念为基础，提出适合涡轴发动机结构特点的评估方法，并以概念化转子为算例对其实用性进行论证。后者依结构设计层次划分为转子总体与局部优化两部分，其中总体优化部分应用参数化形状优化算法，以增强转子轴向承载能力为例建立优化方法及流程。局部优化部分应用改进的渐进结构算法，以提高进口级轴流式轮盘的轮缘变形协调程度与出口级离心式轮盘应力水平为例建立优化方法及流程。对算例的分析表明，该优化方法可以得到符合工程性要求的结构。