(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211159377.2 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 中国航发贵阳发动机设计 研究所 地址 550000 贵州省贵阳市观山湖区云潭 北路602号 (72)发明人 杨洪伟　韦日光　周雄　 (74)专利代理 机构 贵州派腾知识产权代理有限 公司 521 14 专利代理师 刘宇宸 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (54)发明名称 一种航空发动机中介机匣的结构设计方法 和制造方法 (57)摘要 本发明公开了一种航空发动机中介机匣的 结构设计方法和制造方法， 属于航空发动机结构 设计和制造技术领域。 该结构设计方法包括： a、 建立发动机笛卡尔三维直角坐标系； b、 输 出各种 单位过载下中介机匣的应力分量， 得数组1； c、 将 数组2乘数组1得到中介机匣在飞行包线内所有 过载系数下的中介机匣最大当量应力， 得数组3， 并确定中介机匣最严苛工况； d、 计算应力分布； e、 从步骤(d )的计算结果中分别提取n块支板的 外部载荷； f、 分别对n块支板3进行径向拓扑优化 计算； g、 得到安全系数较高的支板结构。 采用拓 扑优化方式完成结构设计， 确保得到安全系数较 高的支板 结构， 结合机加优点和增材制造加工复 杂型腔的优点， 建立中介机匣制造方法。 权利要求书2页 说明书10页 附图7页 CN 115470676 A 2022.12.13 CN 115470676 A 1.一种航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述中介机匣包括外机匣 (1)、 分流环(2)、 内机匣(4)和多块支板(3)， 所述外机匣(1)上沿径向设有主承力销孔(10)， 所述分流环(2)同轴布置在外机匣(1)内， 所述内机匣(4)同轴布置在分流环(2)内， 多块所 述支板(3)将 外机匣(1)、 分流环(2)和内机匣(4)连接为一体， 多块支板(3)均布， 且支板(3) 沿外机匣(1)的径向布置； 所述航空发动机中介机匣的结构设计方法包括以下主 要步骤： a、 建立发动机笛卡尔三维直角坐标系， 该坐标系以发动机轴向向前为+X， 顺航向右为+ Y， +Z由右手法则确定， 并以主承力 销孔(10)中轴线与中介机匣中轴线的交点 为原点； b、 分别计算若干种单位过载下中介机匣的外部载荷， 其中单位过载表示发动机承受单 一方向载荷， 并输出 各种单位过 载下中介机匣的应力分量， 得 数组1； c、 通过发动机飞行包线 的过载系数形成数组2， 将数组2乘数组1得到中介机匣在飞行 包线内所有过 载系数下的中介机匣最大当量应力， 得 数组3， 并确定中介机匣最 严苛工况； d、 以步骤(c)中的中介机匣最严苛工况乘中介机匣单位过载得到最严苛工况下中介机 匣的外部载荷， 并计算应力分布； e、 从步骤(d)的计算结果中分别提取n 块支板(3)的外 部载荷； f、 以步骤(e)中提取的支板(3)外部载荷作为输入， 分别对n块支板(3)进行径向拓扑优 化计算； g、 基于中介机匣安全系数考虑， 重 复步骤(d)～步骤(f)， 得到数组3若干过载系数下的 拓扑优化后的支板(3)结构， 然后叠加上述若干支板(3)结构模型合并得到安全系数较高的 支板(3)结构。 2.如权利要求1所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (b)先在有限元计算工具中建立中介机匣有限元模型， 再对中介机匣有限元模型施加若干 种单位过 载， 并计算各种单位过 载下中介机匣的应力分量。 3.如权利要求1所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (b)中分别计算nx、 ny、 nz、 Ωy、 Ωz和气动载荷6种单位过载下中介机匣的外部载荷， 其中nx 表示发动机仅承受+X方向惯性过载， ny表示发动机仅承受+Y方向惯性过载， nz表示发动机 仅承受+Z 方向惯性过载， Ωy表示 发动机承受+Y方向1rad/s匀速转动转子产生的陀螺力矩， Ωz表示发动机承受+Z方向1rad/s匀速转动转子产生的陀螺力矩， 气动载荷表示发动机最 大气动工况 下各部件承受的气动轴向力和扭矩。 4.如权利要求3所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (c)中选定气动载荷最大时的工况作为中介机匣最严苛工况， 即(nx,ny,nz,Ωy,Ωz,气动) ＝(X1,X2,X3,X4,X5,最大)。 5.如权利要求3所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (e)中支板(3)外部载荷的提取位置为支板(3)与回转体机匣交接处， 包括支板(3)与外机匣 (1)交界面、 支板(3)与 分流环(2)交界面和支板(3)与内机匣(4)交界面； 步骤(e)中提取的 支板(3)外 部载荷包括Fx,Fy,Fz,Mx,My,M z。 6.如权利要求1所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (e)中也可以采用有限元计算工具提供的子模 型法进行位移边界提取， 则步骤(f)中对应以 子模型位移边界作为输入， 来分别对n 块支板(3)进行径向拓扑优化计算。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470676 A 27.如权利要求1所述的航空发动机中介机匣的结构设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (f)中拓扑优化的可变区域为中介机匣内部除支板外侧流道 面、 负责通风、 传递动力、 通气、 通滑油、 信号传递功能所设计管道外的所有区域。 8.一种航空发动机中介机匣的制造方法， 其特 征在于： 包括以下主 要步骤： 步骤一、 采用机加工方式加工中介机匣中的回转体 类零件； 步骤二、 采用增材制造方法生产支板(3)； 步骤三、 将回转体 类零件和支板(3)定位焊接在一 起， 得中介机匣单 元体。 9.如权利要求8所述的航空发动机 中介机匣的制造方法， 其特征在于： 所述步骤一中的 回转体类零件包括外机匣(1)、 分流环(2)和内机匣(4)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470676 A 3