(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 202210640582.4 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 地址 110015 辽宁省沈阳市沈河区万 莲路1 号 (72)发明人 郑茂军　郑凯　程荣辉　宋洋　 曹茂国　张勇　丛佩红　许丽叶　 尚尔魁　袁雪　丁学杉　刘志硕　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 王伟立 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种航空发动机转子轴 向力设计要求确定 方法 (57)摘要 本申请提供了一种航空发动机转子轴 向力 设计要求确定方法， 包括如下步骤： 初步确定止 推轴承的承 载范围； 初步评估典型工况下的转子 轴向力； 确定发动机全工作包线内的寿命点及评 估转子轴向力； 将工作包线内部区域划分为若干 个分区； 叠加分区内各寿命点的工作时间从而确 定工作包线内各分区的累积工作时间； 确定工作 包线分区轴承径向载荷的最大值， 将其为轴向力 设计要求下限初值； 初步确定各工作包线分区最 大轴向力， 将其作为工作包线分区轴向力设计要 求上限初值； 编制止推轴承寿命载荷谱， 评估失 效概率条件 下的轴承寿命； 根据轴承寿命评估结 果， 调整工作包线分区的轴向力上限， 直到满足 规定失效概 率的轴承设计使用寿 命。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 115270285 A 2022.11.01 CN 115270285 A 1.一种航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 1)根据发动机总体设计方案及已有型号数据， 初步确定止推轴承的承载范围， 所述承 载范围包括轴向载荷和径向载荷； 2)选取典型工况， 初步评估典型工况 下的转子轴向力； 3)确定转子轴向力设计要求， 包括： 3.1)确定发动机全工作包线内的寿命点， 根据所述寿命点评估转子轴向力， 得到全工 作包线内转子轴向力的变化范围； 3.2)在相同发动 机工作状态条件下， 根据转子轴向力随高度、 马赫数的分布规律， 将工 作包线内部区域划分为若干个分区； 3.3)根据发动机设计用法规定的寿命点 ‑工作时间分配， 叠加分区内各寿命点的工作 时间， 从而确定 工作包线内各分区的累积工作时间； 3.4)根据发动机机动过载幅值在工作包线内的分布， 确定各工作包线分区的法向过载 最大值， 结合 发动机转子结构参数， 确定轴承径向载荷的最大值， 将各工作包线分区轴承径 向载荷的最大值作为轴向力设计要求下限初值； 3.5)在各工作包线分区内选取最大轴向力， 并上浮预定值， 在预定值的整数倍中， 选取 大于且最接 近最大轴向力的数值， 作为所述工作包线分区轴向力设计要求上限初值； 3.6)按照各工作包线分区轴向力上限初值， 通过 聚类分析， 编制止推轴承寿命载荷谱， 评估失效概 率条件下的轴承寿命； 3.7)根据轴承寿命评估结果， 调整轴向力较大或累积工作时间较长的工作包线分区的 轴向力上限， 直到满足规定失效概 率的轴承设计使用寿命。 2.如权利要求1所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 所述发 动机全工作包线内的寿命点满足： 所述寿命点由高度、 马赫数、 发动机工作状态3个参数组成， 选自发动机工作包线内部 选取的典型寿命点， 所述寿命点能够涵盖工作包线内的各典型区域、 发动机各类典型工作 状态。 3.如权利要求1所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 将工作 包线内部区域划分为若干个分区的过程包括： 按发动机 工作状态， 分别在工作包线内划定不同区间， 确定轴向力控制范围； 以预定的高度间隔和马赫数间隔作为初步间隔， 对工作包线进行均匀划分， 确定初始 分区； 分析各初始分区内的转子轴向力分布规律， 确定各初始分区的转子轴向力最大值； 选 取相邻初始分区转子轴向力最大值之差不超过聚类阈值的情况， 沿 高度或马赫数方向聚类 合并相邻初始分区， 得到最终的工作包线分区。 4.如权利要求3所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 聚类合 并相邻初始分区的过程包括： 1)分别从高度、 马赫数 方向， 按照从小到大的顺序排序初始分区； 2)当各初始分区中已有 寿命点的最大值， 不再另外增 加寿命点； 3)合并后的各分区至少包含1个寿命点， 如果某初始分区不包含寿命点， 则按马赫数方 向聚类合并相邻初始分区；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270285 A 2其中， 若所述初始分区靠近工作包线左边界， 则所述马赫数方向指的是马赫数增大方 向； 若所述初始分区位于工作包线内部， 则所述马赫数方向指的是马赫数增大方向； 若所述 初始分区靠 近工作包线右边界， 则所述马赫数 方向指的是马赫数减小方向； 4)如果对于从左边界至右边界的连续相邻初始分区均没有寿命点， 则在沿马赫数方向 聚类合并这些初始分区以后， 继续按高度方向聚类合并相邻初始分区； 其中， 若所述初始分区靠近工作包线下边界， 则所述高度 方向指的是高度增大方向； 若 所述初始分区位于工作包线内部， 则所述高度方向指的是高度增大方向； 若所述初始分区 靠近工作包线上边界， 则所述高度方向指的是高度减小方向。 5.如权利要求1所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 编制止 推轴承寿命载荷谱的过程包括： 选取发动机寿命点， 计算发动机各寿命点下的轴承工作的轴承当量动载荷； 计算发动机各寿命点下的轴承寿命评估系数； 根据发动机 工作状态分类， 对发动机各寿命点进行初步分类； 在每类发动机工作状态的各工作包线分区中， 选取发动机寿命点作为备选轴 承典型寿 命点； 在各包线分区内进行聚类合并， 确定备选轴 承典型寿命点在轴 承寿命载荷谱中工作时 间分配； 按照上述过程确定的发动机工作状态及工作包线分区， 从各分类中所有备选典型寿命 点中提取 载荷、 转速以及时间分配占比， 得到轴承寿命载荷谱。 6.如权利要求5所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 选取发 动机寿命点作为备选轴承典型寿命点的过程包括： 选取各工作包线分区中时间占比最高的寿命点作为一个备选轴 承典型寿命点， 形成第 一类点； 如果在工作包线分区中存在2个或以上的寿命点， 选取寿命评估系数最大的寿命点作 为备选轴承典型寿命点， 形成第二类点； 如果发动机工作状态的寿命点少于或等于3个， 则这些寿命点都选取为备选轴承典型 寿命点， 形成第三类点。 7.如权利要求6所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 聚类合 并， 确定备选轴承典型寿命点在轴承寿命载荷谱中工作时间分配的过程包括： 对于轴承寿命评估系数不高于第一类点的所有寿命点时间占比求和后得到时间占比 T1， 将其作为第一类点在轴承寿命载荷谱中的时间分配； 对于轴承寿命评估系数高于第一类点但不高于第二类点的所有寿命点时间占比求和 后得到时间占比T2， 将其作为第二类点在轴承寿命载荷谱中的时间分配； 对于轴承寿命评估系数高于第 二类点的所有寿命点 时间占比求和后得到时间占比T3， 将其作为第三类点在轴承寿命载荷谱中的时间分配。 8.如权利要求1所述的航空发动机转子轴向力设计要求确定方法， 其特征在于， 调 整工 作包线分区的轴向力上限过程 为： 根据确定的轴向力设计要求上限初值， 计算轴承寿命， 判断是否满足其设计使用寿命 要求；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270285 A 3