Analysis of the possibility of using topology optimization in the design of uncooled turbine rotor blades

Abstract

Для наиболее полного использования возможностей интенсивно развивающихся аддитивных технологий необходимо применять новые подходы к проектированию деталей, один из которых основан на принципах топологической оптимизации. На примере типовой неохлаждаемой лопатки турбины низкого давления газотурбинного двигателя проведена топологическая оптимизация конструкции лопатки в обеспечение удовлетворения требований отстройки от резонансных частот колебаний и получения минимальной массы. В результате оптимизации получена конструкция отстроенной лопатки уменьшенной более чем на 30% массы по сравнению с прототипом при сохранении профиля лопатки. Результаты поверочного расчёта показали достаточность значений запасов прочности итоговой конструкции лопатки. Дополнительно приведено описание технологических ограничений различных классов аддитивных технологий и указан возможный способ изготовления получившейся конструкции лопатки. Анализ результатов, полученных в работе, показал возможность применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых лопаток турбин с учётом их изготовления методами аддитивных технологий с целью уменьшения массы и контроля собственных частот колебаний. Объединение методов аддитивных технологий и топологической оптимизации позволит использовать весь потенциал обеих технологий.