大涵道比风扇气动设计及噪音分析

发布时间：2020-05-06 23:11

【摘要】：齿轮驱动涡扇技术的成熟推动着涡扇发动机朝着大涵道比方向发展,其原理是在风扇和增压级之间加入一个齿轮减速箱。通过行星齿轮获得减速比,使得风扇和增压级能够在不同转速下独立工作,从而有效降低了风扇转速、提高了风扇载荷。对于齿轮驱动大涵道比涡扇发动机,由于风扇半径尺寸较大,转速的降低能够显著降低轮缘速度,从而有效减小叶尖的激波损失,降低旋转噪音。另外,对于高负荷低转速风扇,采用高负荷大弯度低损失扩压叶型进行气动设计,并结合多点优化的方法,进行风扇转子设计和静子匹配,能够抑制尾缘处的分离,降低紊流脉动形成的宽频噪音。本文根据上述设计理念,在教研室高负荷低转速风扇研究的基础上,完成了载荷系数为0.6的高负荷大涵道比风扇的气动设计,并与课题组已经设计完成的载荷系数为0.3的常规载荷风扇、载荷系数为0.88的超高负荷风扇一起进行了系统的流场特性和声学特性分析。流场数值模拟表明:超高载荷(载荷系数0.88)风扇级与载荷系数0.6和0.3的风扇级相比,在达到相同设计压比和流量的情况下,级效率最高,为0.900;喘振裕度最大,为46.2%;声学数值模拟表明:无论是对于单转子还是风扇级,随着载荷系数的升高,其噪声都会逐步降低。超高载荷(载荷系数0.88)风扇转子的噪声,与常规载荷(载荷系数为0.3)风扇转子相比,降低了25.34dB;相应匹配上静子以后,整个风扇级的噪声则降低了11.71dB。最后,对风扇级转静子间距以及叶片前后掠进行探究。声学数值模拟结果表明:转静子间隙增大能够有效减轻转静子干涉作用,从而降低噪音;前掠对风扇级降噪无明显影响,而后掠能够有效降低噪音。
【图文】：

转子不同载荷系数下基元速度三角形及气流转角

各种涡扇发动机下的风扇压比与涵道比分布关系图
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V235.13

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本文编号：2652018