基于层级有限元法的大型航空行星机构可靠性优化设计

摘要

大型航空行星机构作为多种重型航空器传动系统的基础与核心，它的可靠性水平在很大程度上制约着航空器的经济可承受性与服役安全性。将某型号重型直升机行星机构作为研究对象，以保证和提高该系统的疲劳可靠性水平为目标，利用层级有限元法计算系统全局弹性行为耦合作用下的轮齿疲劳载荷历程，并基于齿轮低周疲劳试验与最小次序统计量转化方法拟合出轮齿概率疲劳强度，为系统可靠性预测模型提供经济有效的载荷与强度输入变量。据此，建立从大型航空行星机构关键结构要素到系统可靠性指标的映射路径，提出可靠性驱动的行星机构结构尺寸多目标优化设计新方法。最后，分析了内齿圈轮缘厚度与行星架基板厚度对行星轮系疲劳可靠性的影响规律，并得到了指定型号的大型航空行星机构的轮缘与基板尺寸最佳刚度匹配结果，最大限度地发挥了核心结构要素的刚度潜力，以此平衡大型航空行星装备在可靠性与轻量化要求之间的矛盾。