本文關(guān)鍵詞：超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計方法研究

  更多相關(guān)文章： 超高載荷 超低轉(zhuǎn)速 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 優(yōu)化設(shè)計 葉型設(shè)計

【摘要】：超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級氣動設(shè)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(shù)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(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級葉片設(shè)計及氣動性能影響因素進行了探索,分析出該風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計有別于傳統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計的氣動特性和幾何結(jié)構(gòu)特征,并提出風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉根葉型采用尾緣負(fù)載荷的設(shè)計概念。首先,建立了一套超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片的氣動設(shè)計流程。以課題組現(xiàn)有的大涵道比風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的氣動性能為設(shè)計指標(biāo),通過S2通流計算,研究了載荷系數(shù)和流量系數(shù)對轉(zhuǎn)子氣動性能的影響。再通過S1流面葉型設(shè)計、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊得到本文的超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子。NUMECA計算結(jié)果表明,在流量相同且壓比分布一致的前提下,風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從原有的3750RPM降低到2240RPM,轉(zhuǎn)子葉尖達到0.82的超高載荷。轉(zhuǎn)子在設(shè)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(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動設(shè)計的主要特征為輪緣速度低、扭速大及氣流轉(zhuǎn)角大,其幾何結(jié)構(gòu)特征為葉片彎度大、葉片輕薄、整體質(zhì)量輕。其次,通過調(diào)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(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進行優(yōu)化改進研究,并分析出上述變化對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動性能帶來的影響規(guī)律。結(jié)果表明:下子午面斜率的改變對風(fēng)扇轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子葉根葉型等比例擴張,提高了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子,總壓比基本不變,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(shè)計優(yōu)化平臺,以風(fēng)扇轉(zhuǎn)子出口氣動參數(shù)為靜子設(shè)計的進口條件,進行靜子氣動設(shè)計研究。其中,主要包括S2流面通流計算、S1流面葉型設(shè)計、S1流面葉型優(yōu)化及葉型徑向積疊成風(fēng)扇靜子葉片幾個部分。風(fēng)扇靜子在級環(huán)境下用NUMECA軟件進行氣動性能計算,計算結(jié)果表明本文靜子基本達到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。最后,研究了轉(zhuǎn)子葉根葉型等比例擴張、靜子葉根葉型優(yōu)化改進及轉(zhuǎn)子積疊線前后掠對風(fēng)扇級氣動性能的影響。結(jié)果表明:轉(zhuǎn)子葉根葉型比例擴張后,風(fēng)扇級和轉(zhuǎn)子總壓比有所提高,其它氣動性能基本不變;靜子葉根葉型優(yōu)化改進后,轉(zhuǎn)子氣動性能基本不變,但靜子氣動性能得到了較大提高,整個風(fēng)扇級的氣動性能也較大提高;改進積疊線掠的轉(zhuǎn)子使得整個風(fēng)扇級的工作范圍明顯增大,風(fēng)扇級的等熵效率和失速裕度明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：超高載荷 超低轉(zhuǎn)速 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 優(yōu)化設(shè)計 葉型設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V235.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-18
• 第一章 緒論18-26
• 1.1 研究背景和意義18-20
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-24
• 1.2.1 齒輪傳動渦扇發(fā)動機的研究歷史和現(xiàn)狀20-21
• 1.2.2 高負(fù)荷壓氣機/風(fēng)扇設(shè)計方法研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 葉片積疊線掠研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3 本文研究主要內(nèi)容24-25
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)25-26
• 第二章 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子設(shè)計26-49
• 2.1 轉(zhuǎn)子S2通流計算27-34
• 2.1.1 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子不同載荷系數(shù)的研究27-30
• 2.1.2 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子不同流量系數(shù)研究30-34
• 2.1.2.1 高載荷系數(shù)下不同流量系數(shù)研究30-32
• 2.1.2.2 低載荷系數(shù)下不同流量系數(shù)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動影響研究32-34
• 2.2 S1葉型設(shè)計及優(yōu)化34-38
• 2.2.1 S1流面葉型初始設(shè)計34-36
• 2.2.2 轉(zhuǎn)子S1葉型優(yōu)化36-38
• 2.3 單轉(zhuǎn)子徑向積疊三維計算結(jié)果38-47
• 2.3.1 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子網(wǎng)格質(zhì)量38-40
• 2.3.2 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子總體性能曲線40-41
• 2.3.3 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子不同工況流面流場對比41-44
• 2.3.4 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動參數(shù)沿徑向分布對比44-45
• 2.3.5 NUMECA計算與S2通計算關(guān)鍵參數(shù)對比45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第三章 主要幾何參數(shù)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動性能影響49-67
• 3.1 下子午面斜率對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動性能影響49-52
• 3.1.1 不同斜率下子午面特性曲線對比49-50
• 3.1.2 設(shè)計點下不同斜率下子午面氣動參數(shù)沿徑向分布對比50-52
• 3.2 葉根葉型比例擴張對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動性能影響52-57
• 3.2.1 葉根葉型比例擴張前后特性曲線對比53
• 3.2.2 設(shè)計點下葉根葉型比例擴張前后氣動參數(shù)沿徑向分布對比53-57
• 3.3 積疊線掠對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子氣動性能影響57-66
• 3.3.1 積疊線掠前后特性線對比58-59
• 3.3.2 設(shè)計點下積疊線掠前后氣動參數(shù)沿徑向分布對比59-62
• 3.3.3 積疊線掠規(guī)律改進前后對比62-66
• 3.3.3.1 積疊線掠規(guī)律改進前后特性線對比62-63
• 3.3.3.2 積疊線掠改進前后氣動參數(shù)沿徑向分布對比63-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第四章 靜子設(shè)計及優(yōu)化67-77
• 4.1 靜子設(shè)計及優(yōu)化67-73
• 4.1.1 靜子通流計算67-69
• 4.1.2 靜子S1葉型設(shè)計69-70
• 4.1.3 靜子S1葉型優(yōu)化70-73
• 4.2 級環(huán)境下靜子三維計算73-76
• 4.3 本章小結(jié)76-77
• 第五章 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級轉(zhuǎn)靜子間匹配77-103
• 5.1 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級氣動性能77-85
• 5.1.1 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級網(wǎng)格質(zhì)量77-78
• 5.1.2 超低轉(zhuǎn)速超高載荷風(fēng)扇級特性曲線78-79
• 5.1.3 風(fēng)扇級氣動參數(shù)沿徑向分布79
• 5.1.4 級環(huán)境下各工況不同流道流場對比79-81
• 5.1.5 級環(huán)境下轉(zhuǎn)子計算與單轉(zhuǎn)子計算結(jié)果對比81-85
• 5.1.5.1 級環(huán)境下轉(zhuǎn)子計算與單轉(zhuǎn)子計算特性曲線對比81-82
• 5.1.5.2 設(shè)計點各氣動參數(shù)沿徑向分布對比82-85
• 5.2 轉(zhuǎn)子葉根葉型等比例擴張影響85-89
• 5.2.1 級特性線對比85-86
• 5.2.2 設(shè)計點轉(zhuǎn)子修改前后計算結(jié)果沿徑向分布對比86-88
• 5.2.3 設(shè)計點轉(zhuǎn)子修改前后靜子計算結(jié)果沿徑向分布對比88-89
• 5.3 優(yōu)化靜子葉根葉型影響89-95
• 5.3.1 特性曲線對比90-91
• 5.3.2 靜子優(yōu)化前后轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計點計算結(jié)果對比91-93
• 5.3.3 靜葉優(yōu)化前后靜子葉片設(shè)計點計算結(jié)果對比93-95
• 5.4 轉(zhuǎn)子積疊線掠對風(fēng)扇級的影響95-101
• 5.4.1 特性曲線對比95-96
• 5.4.2 轉(zhuǎn)子積疊線掠前后轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計點計算結(jié)果對比96-98
• 5.4.3 轉(zhuǎn)子積疊線掠前后靜子葉片設(shè)計點計算結(jié)果對比98-101
• 5.5 本章小結(jié)101-103
• 第六章 總結(jié)及展望103-106
• 6.1 總結(jié)103-104
• 6.2 展望104-106
• 參考文獻106-109
• 致謝109-110
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文110

【參考文獻】

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本文編號：578103