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随着燃气涡轮机工作参数的不断提高,对传统密封技术提出了严峻的挑战,在行业需求的驱动下,指尖密封等新型密封结构应运而生,然而现有指尖密封密封结构对发动机转子因不平衡而产生的跳动影响较为敏感,由此产生的泄漏与磨损在指尖密封结构设计中矛盾性问题难以得到有效解决。上凹型流体动压指尖密封是在接触式指尖密封的基础上衍生的非接触式指尖密封形式,与现有的密封形式相比,一方面在应对航空发动机运转中转子的跳动时,其特殊的上凹型型线使其具备与传统指尖密封不同的特殊力学特性,使迟滞效应得到了较大改善;另一方面其流体动压非接触结构在密封性能和抗磨损性能上比现有指尖密封有着较大优势。影响上凹构型指尖密封性能的主要是型线结构参数和流体动压靴部结构,而这方面的研究工作还是十分欠缺,因此开展上凹构型流体动压指尖密封的型线和动压靴结构研究具有十分重要的科学意义和工业应用价值。 鉴于流体动压指尖密封系统的复杂性,基于其理论数学模型的计算分析难以得出准确的结果,研究将首先通过ansys workbench仿真平台建立指尖梁型线参数化控制模型。然后在基于均匀设计理论的前提下,通过规律性组合各尺寸参数得出若干种不同构型的指尖密封构型,作为本文优化工作的基础样本。对样本中的指尖密封构型使用transient structure模块进行瞬态分析,尽可能接近真实的设定初始条件、约束与载荷,通过改变型线控制点,从而改变指尖梁的力学特性,得到动态情况下指尖梁在转子位移激励作用下的迟滞率与最大接触压力。与此同时通过CFX模块针对与指尖靴对应的泄漏间隙流固耦合模型进行分析,以得到不同指尖靴构型在不考虑转子跳动时的静态密封性能。瞬态分析和流固耦合分析因对象尺度相差大,故分两步进行,而优化工作也需针对两种分析分别进行。 分析完成后,针对结构尺寸、工况参数对密封性能影响作出研究和关联性分析,为优化工作提供必要条件。 最后,采用神经网络对分析样本进行训练获取优化所需的目标函数,并使用一种基于纳什均衡原理的优化算法对有限元分析结果进行优化。在保证接触压力在一定范围内的前提下,以获得尽量小的迟滞率为目标,获得力学性能最优的指尖梁型线。同时以气膜承载力保持在一定范围内的前提下,获得尽量小的泄漏率为目标,获得密封性能最优的指尖靴结构。最后结合二者的优化结果,获得综合密封性能更为优秀的新型指尖密封构型,以期对综合性较优的指尖密封性能设计提供参考。