超低轉速超高載荷風扇轉子設計方法研究.pdf

1、超低轉速超高載荷風扇級氣動設計方法的研究，為大涵道比渦扇發(fā)動機未來的發(fā)展提供了技術儲備。本文借助遺傳優(yōu)化方法和數(shù)值分析手段，對超低轉速超高載荷風扇級葉片設計及氣動性能影響因素進行了探索，分析出該風扇轉子設計有別于傳統(tǒng)風扇轉子設計的氣動特性和幾何結構特征，并提出風扇轉子葉根葉型采用尾緣負載荷的設計概念。
　　首先，建立了一套超低轉速超高載荷風扇轉子葉片的氣動設計流程。以課題組現(xiàn)有的大涵道比風扇轉子的氣動性能為設計指標，通過S2通流計

2、算，研究了載荷系數(shù)和流量系數(shù)對轉子氣動性能的影響。再通過S1流面葉型設計、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊得到本文的超低轉速超高載荷風扇轉子。NUMECA計算結果表明，在流量相同且壓比分布一致的前提下，風扇轉子轉速從原有的3750RPM降低到2240RPM，轉子葉尖達到0.82的超高載荷。轉子在設計工況的總壓比為1.78，等熵效率為0.964，失速裕度為24.78％。并得出超低轉速超高載荷風扇轉子氣動設計的主要特征為輪緣速度低、扭速大及氣

3、流轉角大，其幾何結構特征為葉片彎度大、葉片輕薄、整體質量輕。
　　其次，通過調整下子午面斜率，葉根葉型等比例擴張，及積疊線前后掠對超低轉速超高載荷風扇轉子進行優(yōu)化改進研究，并分析出上述變化對風扇轉子氣動性能帶來的影響規(guī)律。結果表明：下子午面斜率的改變對風扇轉子的等熵效率和總壓比影響不大，通流能力有一定的提高；轉子葉根葉型等比例擴張，提高了轉子做功能力，卻略微降低了通流能力，等熵效率唯有喘點附近才有明顯提高；積疊線改進后的轉子，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計優(yōu)化平臺，以風扇轉子出口氣動參數(shù)為靜子設計的進口條件，進行靜子氣動設計研究。其中，主要包括S2流面通流計算、S1流面葉型設計、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊成風扇靜子葉片幾個部分。風扇靜子在級環(huán)境下用NUMECA軟件進行氣動性能計算，計算結果表明本文靜子基本達到預期設計目標。
　　最后，研究了轉子葉根葉型等比例擴張、靜子葉根葉型優(yōu)化改進及轉子積疊線