免费论文：风扇掠形设计研究

现代民用航空发动机主要采用大涵道比涡轮风扇的结构形式。随着民用航空发动机性能要求越来越高，对各部件的设计要求也越来越严格。其中风扇部件提供了发动机约3/4的推力，因此风扇部件的性能对发动机的整体性能如耗油率、推重比、噪音排放，污染排放等参数的优化起主要作用。本文的工作主要是研究现代大涵道比风扇的设计方法和复合掠形风扇的设计原理。采用MATLAB搭建基础风扇设计平台。该平台将一维设计，二维通流，叶片造型，网格生成，CFD计算综合起来，从而加快了风扇设计过程。采用MATLAB编写了流线曲率管流法程序，并分析了该方法的计算精度和误差特征。参与编写了任意流面叶片造型程序，介绍了叶片造型原理，并将掠的设计变量添加到叶片造型程序当中。同时还验证了该叶片造型程序对二维叶型造型以及三维叶片造型的实用性和通用性。设计了风扇转子原型。该原型以某大涵道比风扇性能为设计目标，按照设计经验给出子午流道几何。由流线曲率管流法计算得到初步速度三角形，通过给定虚拟攻角落后角得到叶片参数，调用网格生成程序生成计算网格，调用CFD软件进行三维计算。通过CFD计算结果不断修正叶片参数，最终得到基本满足设计要求的原型风扇。在原型风扇设计过程中，总结了风扇设计经验，分析了设计参数对风扇性能的影响。分析了叶尖间隙由0.25%下降至0.125%时，风扇原形效率提升0.1个百分点。由叶尖间隙由0.25%上升至0.4%时，效率下降0.15个点。最大厚度与最大挠度越靠后，越有利于降低激波损失，提升转子效率。在原型风扇设计的基础上，研究了不同掠形对风扇性能的影响，分别分析了通过重心前掠和保持相对厚度下增加弦长前掠对风扇性能的影响，两种前缘前掠方式效率都提升了0.2个效率百分点。叶尖通道激波相对位置靠后，使裕度提升。分析了根部前掠中部后掠对风扇性能的影响，发现该种掠形优化了中部激波结构，大幅提升了中叶高处的效率，使得转子效率提升0.6个效率百分点。之后结合两种掠形得到前缘复合掠形，风扇效率提高了0.8个效率百分点。最后结合风扇设计经验和掠形研究提出了现代大涵道比风扇复合掠形设计的思想，即叶根前掠叶中后掠，叶尖适度前掠，增加叶尖安装角的结构形式，计算结果显示该种结构形式使得效率相对原型提高1.2个效率百分点，但同时由于叶尖叶型弯角不变，安装角增大，使得叶尖压比下降，转子整体压比下降。

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