大涵道比风扇、增压级三维设计及性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文大涵道比风扇、增压级三维设计及性能研究硕士研究生：赵威程指导教师：姜斌讲师学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：郑群教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文大涵道比风扇、增压级三维设计及性能研究硕士研究生：赵威程指导教师：姜斌讲师学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessi

2、onaltheDegreeofM.EngTheThree-dimensionalDesignandPerformanceInvestigationonHighBypassRatioFanandBoosterCandidate:ZhaoWeichengSupervisor:Dr.JiangBinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDateofSubmission:January,2018DateofOralExami

3、nation:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在

4、校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要跨音速风扇和增压级是双轴大涵道比涡扇发

5、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

6、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

7、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