大涵道比风扇、增压级三维设计及性能研究

发布时间：2020-05-19 15:49

【摘要】：跨音速风扇和增压级是双轴大涵道比涡扇发动机的主要部件,其中风扇在大涵道比涡扇发动机起飞及巡航状态下均提供发动机推力的75%左右,所以风扇性能的好坏将直接影响发动机的整机性能。传统的大涵道比跨音速风扇由于叶片中上部存在较强的激波,从而导致了较大的激波损失、附面层损失及二次流损失。而双轴涡扇发动机中的增压级虽然压比相对较低,但由于叶尖速度同样较低导致其叶片负荷仍然很大,此时角区分离或轮毂-角区失速及易在通道内出现并造成严重的总压损失。为了解决上述问题,现代大涵道比风扇及高负荷增压级均采用三维叶片设计,为了深入了解三维叶片对大涵道比风扇及增压级性能的影响及其影响机理,本文开展了相关方面的研究。本文首先利用一维计算程序、S2通流计算程序、叶片造型程序等工具设计了一台涵道比为12.5、流量为248.4kg/s的大涵道比风扇及流量为18.4kg/s、压比为1.45的内涵增压级,并通过三维数值模拟方法对初始设计进行修正和校核,并最终使风扇设计点效率达到91%,增压级前两级的设计点效率达到89%。然后,基于设计出的风扇及增压级,采用数值模拟的方法,研究不同掠角、掠高和前后掠设计对风扇性能、失速裕度及叶顶泄漏的影响及采用不同弯角、弯高的静子对增压级性能及轮毂-角区失速的影响。在对风扇掠型的研究中发现:风扇的前掠可以有效增加风扇的失速裕度,而失速裕度的增加幅度会随着掠角的增加而增大,即掠角为25°的前掠风扇失速裕度增加4%,掠角为50°的前掠风扇失速裕度则增加了10%。此外,风扇的前掠可以在一定程度上拓宽风扇的高效率运行范围。掠型设计对顶部泄漏的影响主要体现在前掠叶片可以降低叶片顶部附面层的厚度,从而减少泄漏涡能够卷吸的低能流体。在对增压级静子弯曲的研究中发现:采用大弯角和贝塞尔曲线-直线-贝塞尔曲线(BLB)积叠的静子的增压级可以有效抑制角区部分的低能流体堆积,从而抑制近失速点角区低能流体向上跃起的幅度,拓宽增压级的运行范围。其次,BLB弯曲静子可以提升设计点流量附近的增压级效率,且效率的最大提升幅度均在1%左右。大弯角的BLB弯曲静子叶片根部前缘在近失速点会产生一个尺度较大的分离涡,而该分离涡是导致采用以上静子的增压级失速的主要原因。
【图文】：

图 1.1 Rolls-Royce Trent1000 涡扇发动机进的出现，涡扇发动机的涵道比可以进一步提高，新一过 10。其中最典型的代表是 2016 年投入运营的普惠公研的国产 CJ1000 系列发动机，其中 PW1000 系列最比已经达到 12.5。同时，该型发动机的耗油率和噪声较 20dB[1]。

图 1.1 Rolls-Royce Trent1000 涡扇发动机改进的出现，涡扇发动机的涵道比可以进一步提高，新一代超过 10。其中最典型的代表是 2016 年投入运营的普惠公司研的国产 CJ1000 系列发动机，，其中 PW1000 系列最道比已经达到 12.5。同时，该型发动机的耗油率和噪声较上 20dB[1]。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V235.13

【参考文献】

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本文编号：2671119