热能动力工程

作者：邹钰,郑晓霞,何博涵,杨桥,吴凯,李志强,巩江旭

单位：太原理工大学,,太原理工大学,,太原理工大学,,太原理工大学,,太原理工大学,,太原理工大学,,太原理工大学,

关键词：航空发动机;轻量化设计;可调静子叶片;拓扑优化;变密度法

基金：山西省基础研究计划（青年科学研究项目202203021222129）

随着新一代航空发动机高推重比的设计要求，轻量化设计成为提升推重比的有效手段。针对小涵道比航空发动机进气机匣可调静子叶片轻量化设计需求，采用有限元仿真方法对其进行静强度与模态分析。基于仿真结果，通过变密度法SIMP模型对叶片结构进行拓扑优化，提出内部空心化设计、内部增加加强筋和肋板等结构改进方案，并将优化后方案与实心叶片结果进行对比。研究表明，所提出的改进方案均可使叶片质量降低、一阶固有频率提升，叶片质量下降量在38.1%以上，一阶固有频率提升量在22.5%以上，低阶固有频率的提升有利于使叶片避开低阶有害共振，但刚性减弱会导致叶片局部变形量增加，最大变形增量为19.2%。综合分析表明，空心叶片内部设置沿叶身高度方向加强筋的方案（方案E）能有效提升一阶固有频率、大幅降低叶片整体重量，且对整体气动性能影响较小，为最优改进方案。本文的研究成果可为发动机叶片轻量化设计提供重要的技术支持。

来源：2025年第2期

《热能动力工程》期刊编辑部

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