考虑区间不确定性的转子叶尖间隙预测数字孪生模型

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29775

Abstract

Abstract:

In order to achieve high-fidelity modeling and high-precision prediction of rotor tip clearance under uncertainty conditions， this study first analyzed the sources， types， and manifestations of uncertainty in the assembly process of multistage rotor and stator assembly process. Secondly， a digital twin model for predicting rotor tip clearance considering interval uncertainty was established， describing the assembly and measurement process of multistage rotor and stator in physical space， the assembly accuracy characterization model and the rotor tip clearance prediction model in virtual space. Then， deterministic representation models and interval representation models for processing sufficient and sparse statistical information were introduced， and a rotor tip clearance prediction model and prediction update method considering uncertainty were constructed. Finally， taking a multistage rotor and stator assembly process as an example， the accuracy and clarity of rotor tip clearance prediction and update were evaluated， and the results of deterministic prediction and uncertainty prediction were compared. The results showed that the method proposed can achieve high-fidelity modeling and high-precision prediction of multistage rotor and stator assembly process driven by digital twins.

Key words: rotor tip clearance, high-fidelity modeling, multi-source uncertainty, digital twins, assembly accuracy prediction

CLC Number:

V239

Yingzhi ZHANG, Huibin SUN, Cheng YAN, Meng LIU. A digital twin model for rotor tip clearance prediction considering interval uncertainty[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(21): 629775.

Figures/Tables 18

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Table 1

Table 2

Fig.9

Fig.10

Table 3

Representation of sparse statistical information intervals in pre-assembly measurements

测量位置	直径D/mm	$s i n θ t$ /10^-3	圆心坐标/mm
测量位置	直径D/mm	$s i n θ t$ /10^-3	x	y	z
前机匣后止口	［221.52，221.61］	［0.478 3，0.478 5］	［-0.049 2，0.049 2］	［-0.049 2，0.049 2］	-69.65
压气机机匣后止口	［206.73，206.82］	［0.422 1，0.422 3］	［-0.048 7，0.048 7］	［-0.048 7，0.048 7］	224.70
后机匣后止口	［240.30，241.27］	［0.083 3，0.083 6］	［-0.067 2，0.067 2］	［-0.067 2，0.067 2］	314.70
后支点			［-0.051 3，0.051 3］	［-0.051 3，0.051 3］	266.23

Table 3

Table 4

Fig.11

Fig.12

Table 5

Fig.13

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转子组件	叶片数	轴向定位尺寸/mm	理论叶尖间隙/mm
1级	20	25	［0.74，1.02］
2级	22	75	［0.68，1.00］
3级	28	125	［0.86，1.15］
4级	28	175	［0.86，1.15］
5级	32	225	［0.90，1.20］

转子组件	轴向距离/mm	偏心量/mm	相位/（°）
1级	48.48	0.010 5	-28.56
2级	130.04	0.004 6	170.68
3级	145.73	0.007 7	46.26
4级	180.97	0.011 4	53.58
5级	214.04	0.016 3	9.20

测量时刻	测量位置	圆心坐标/mm
测量时刻	测量位置	x	y	z
压气机机匣装配后	装配状态下压气机机匣后止口	［-0.028 6，0.028 6］	［-0.028 6，0.028 6］	224.70

后机匣装配后	装配状态下后机匣后止口	［-0.023 9，0.023 9］	［-0.023 9，0.023 9］	314.70
后机匣装配后	装配状态下后支点	［-0.012 8，0.012 8］	［-0.012 8，0.012 8］	266.23

轮盘	预测区间覆盖率			预测区间平均宽度/mm
轮盘	第1次预测	第2次预测	第3次预测	第1次预测	第2次预测	第3次预测
1级	1	1	1	0.676 6	0.549 8	0.452 0
2级	1	1	1	0.839 6	0.690 2	0.562 4

A digital twin model for rotor tip clearance prediction considering interval uncertainty

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