超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級(jí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的研究，為大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)的發(fā)展提供了技術(shù)儲(chǔ)備。本文借助遺傳優(yōu)化方法和數(shù)值分析手段，對(duì)超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級(jí)葉片設(shè)計(jì)及氣動(dòng)性能影響因素進(jìn)行了探索，分析出該風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的氣動(dòng)特性和幾何結(jié)構(gòu)特征，并提出風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉根葉型采用尾緣負(fù)載荷的設(shè)計(jì)概念。
　　首先，建立了一套超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)流程。以課題組現(xiàn)有的大涵道比風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的氣動(dòng)性能為設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過(guò)S2通流計(jì)

2、算，研究了載荷系數(shù)和流量系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子氣動(dòng)性能的影響。再通過(guò)S1流面葉型設(shè)計(jì)、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊得到本文的超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子。NUMECA計(jì)算結(jié)果表明，在流量相同且壓比分布一致的前提下，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)脑械?750RPM降低到2240RPM，轉(zhuǎn)子葉尖達(dá)到0.82的超高載荷。轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)工況的總壓比為1.78，等熵效率為0.964，失速裕度為24.78％。并得出超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要特征為輪緣速度低、扭速大及氣

3、流轉(zhuǎn)角大，其幾何結(jié)構(gòu)特征為葉片彎度大、葉片輕薄、整體質(zhì)量輕。
　　其次，通過(guò)調(diào)整下子午面斜率，葉根葉型等比例擴(kuò)張，及積疊線前后掠對(duì)超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)研究，并分析出上述變化對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動(dòng)性能帶來(lái)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：下子午面斜率的改變對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的等熵效率和總壓比影響不大，通流能力有一定的提高；轉(zhuǎn)子葉根葉型等比例擴(kuò)張，提高了轉(zhuǎn)子做功能力，卻略微降低了通流能力，等熵效率唯有喘點(diǎn)附近才有明顯提高；積疊線改進(jìn)后的轉(zhuǎn)子，總壓

4、比基本不變，等熵效率和失速裕度有明顯提高。
　　再次，利用課題組成熟的葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化平臺(tái)，以風(fēng)扇轉(zhuǎn)子出口氣動(dòng)參數(shù)為靜子設(shè)計(jì)的進(jìn)口條件，進(jìn)行靜子氣動(dòng)設(shè)計(jì)研究。其中，主要包括S2流面通流計(jì)算、S1流面葉型設(shè)計(jì)、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊成風(fēng)扇靜子葉片幾個(gè)部分。風(fēng)扇靜子在級(jí)環(huán)境下用NUMECA軟件進(jìn)行氣動(dòng)性能計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明本文靜子基本達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　最后，研究了轉(zhuǎn)子葉根葉型等比例擴(kuò)張、靜子葉根葉型優(yōu)化改進(jìn)及轉(zhuǎn)子積疊線