【摘要】：跨音速風(fēng)扇和增壓級是雙軸大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的主要部件,其中風(fēng)扇在大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)起飛及巡航狀態(tài)下均提供發(fā)動機(jī)推力的75%左右,所以風(fēng)扇性能的好壞將直接影響發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能。傳統(tǒng)的大涵道比跨音速風(fēng)扇由于葉片中上部存在較強(qiáng)的激波,從而導(dǎo)致了較大的激波損失、附面層損失及二次流損失。而雙軸渦扇發(fā)動機(jī)中的增壓級雖然壓比相對較低,但由于葉尖速度同樣較低導(dǎo)致其葉片負(fù)荷仍然很大,此時角區(qū)分離或輪轂-角區(qū)失速及易在通道內(nèi)出現(xiàn)并造成嚴(yán)重的總壓損失。為了解決上述問題,現(xiàn)代大涵道比風(fēng)扇及高負(fù)荷增壓級均采用三維葉片設(shè)計,為了深入了解三維葉片對大涵道比風(fēng)扇及增壓級性能的影響及其影響機(jī)理,本文開展了相關(guān)方面的研究。本文首先利用一維計算程序、S2通流計算程序、葉片造型程序等工具設(shè)計了一臺涵道比為12.5、流量為248.4kg/s的大涵道比風(fēng)扇及流量為18.4kg/s、壓比為1.45的內(nèi)涵增壓級,并通過三維數(shù)值模擬方法對初始設(shè)計進(jìn)行修正和校核,并最終使風(fēng)扇設(shè)計點效率達(dá)到91%,增壓級前兩級的設(shè)計點效率達(dá)到89%。然后,基于設(shè)計出的風(fēng)扇及增壓級,采用數(shù)值模擬的方法,研究不同掠角、掠高和前后掠設(shè)計對風(fēng)扇性能、失速裕度及葉頂泄漏的影響及采用不同彎角、彎高的靜子對增壓級性能及輪轂-角區(qū)失速的影響。在對風(fēng)扇掠型的研究中發(fā)現(xiàn):風(fēng)扇的前掠可以有效增加風(fēng)扇的失速裕度,而失速裕度的增加幅度會隨著掠角的增加而增大,即掠角為25°的前掠風(fēng)扇失速裕度增加4%,掠角為50°的前掠風(fēng)扇失速裕度則增加了10%。此外,風(fēng)扇的前掠可以在一定程度上拓寬風(fēng)扇的高效率運行范圍。掠型設(shè)計對頂部泄漏的影響主要體現(xiàn)在前掠葉片可以降低葉片頂部附面層的厚度,從而減少泄漏渦能夠卷吸的低能流體。在對增壓級靜子彎曲的研究中發(fā)現(xiàn):采用大彎角和貝塞爾曲線-直線-貝塞爾曲線(BLB)積疊的靜子的增壓級可以有效抑制角區(qū)部分的低能流體堆積,從而抑制近失速點角區(qū)低能流體向上躍起的幅度,拓寬增壓級的運行范圍。其次,BLB彎曲靜子可以提升設(shè)計點流量附近的增壓級效率,且效率的最大提升幅度均在1%左右。大彎角的BLB彎曲靜子葉片根部前緣在近失速點會產(chǎn)生一個尺度較大的分離渦,而該分離渦是導(dǎo)致采用以上靜子的增壓級失速的主要原因。
【圖文】：

圖 1.1 Rolls-Royce Trent1000 渦扇發(fā)動機(jī)進(jìn)的出現(xiàn)，渦扇發(fā)動機(jī)的涵道比可以進(jìn)一步提高，新一過 10。其中最典型的代表是 2016 年投入運營的普惠公研的國產(chǎn) CJ1000 系列發(fā)動機(jī)，其中 PW1000 系列最比已經(jīng)達(dá)到 12.5。同時，該型發(fā)動機(jī)的耗油率和噪聲較 20dB[1]。

圖 1.1 Rolls-Royce Trent1000 渦扇發(fā)動機(jī)改進(jìn)的出現(xiàn)，渦扇發(fā)動機(jī)的涵道比可以進(jìn)一步提高，新一代超過 10。其中最典型的代表是 2016 年投入運營的普惠公司研的國產(chǎn) CJ1000 系列發(fā)動機(jī)，，其中 PW1000 系列最道比已經(jīng)達(dá)到 12.5。同時，該型發(fā)動機(jī)的耗油率和噪聲較上 20dB[1]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V235.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2671119