等离子发动机安装结构拓扑优化设计

作者：石波; 杨广杰; 魏建国; 谭畅

来源：火箭推进, 2023, 49(04): 43-50.

• 等离子发动机
• 安装结构
• 构型优化
• 拓扑优化

针对等离子体发动机安装结构，研究了静力学和动力学条件约束下结构拓扑优化的设计思路和方法。首先，通过模态仿真分析原结构存在的缺点，寻找结构改进方向；然后，应用拓扑优化设计方法得到满足设计要求的最佳结构构型；最后，充分考虑结构装配工艺性要求，采用拓扑优化和尺寸优化相结合的方法得到实用的工程最优方案。对比原结构方案，优化方案质量减轻10.8%。在静承载方面，优化结构最大位移减少61.1%,支撑刚度大幅增强；最大应力减少1.4%,结构上的应力分布更加均匀，平均应力降低。在动承载方面，优化结构上下偏摆和左右偏摆的振动模态明显改善，结构1～6阶振动频率提升了5%～39.8%;优化结构在随机振动载荷下的RMS应力值和损伤降低，疲劳寿命显著提升。优化后结构的性能提升验证了设计方法的正确性和有效性。

• 单位
  西安航天动力研究所