风扇转子箍环与机匣间容腔的全三维数值模拟

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1、第26卷第2期燃气涡轮试验与研究Vo1．26．NO．22013年4月GasTurbineExperimentandResearchApr．，2013娄霎萋霎垂囊毒靠蕞米米米粜米必§搿瓣盎r、r瑶黯，≥冀≤≯避：：米米米米米)_≮弧j《、：畿_)；(《；)《※嚣×※≤必_米米米《≮，．、※必必×※、≮Xx‰慧。娄：i×0xl}妻要>_)_(来××一x，0玟x强燃jX≯坟必摘要：转子箍环结构能减小风扇尖部振动，但引入箍环结构后形成的尖部泄漏流会影响高负荷风扇的气动性能。首次利用全三维数值模拟方法，研究了转子箍环结构对风扇性能的影响。模拟过程中

2、，采用多块网格技术，生成转子箍环与机匣间容腔复杂几何结构的网格。结果显示：泄漏流对转子尖部流动及总性能参数影响很大；优化的转子机匣容腔结构可有效减少泄漏流，改善转子尖部流动，提高总性能参数。关键词：航空发动机；风扇转子；箍环；机匣容腔；泄漏流；三维数值模拟；IHPTET中图分类号：V231_3文献标识码：A文章编号：1672—2620(2013)02—0024—04NumericalInvestigationonTipRing-CavityofFanRotorCAOZhi—peng，LANFa-xiang，ZHANGXu，XIATian(

3、ChinaGasTurbineEstablishment，Chengdu610500，China)Abstract：Tipringstructurecanreducethevibrationoffanrotor，buttheleakagecausedbyrotorringhasgreatinfluenceontheaerodynamicperformanceofhigh-loadingfan．Inthispaper，theefectsofring-cavityonfanperformancewereinvestigatedbythethr

4、ee—dimensionalnumericalsimulationmethod．Multi—blockgridtechnologywasemployedforthecomplexmeshgenerationofring—cavitygeometricstructures．Thenu—mericalresultscomparisonofthreediferentcavityconfigurationsshowthat：theleakagecouldaffectrotortipflowfieldandtheaerodynamicperform

5、ance．Theoptimizingdesignoftherotorcavityconfigurationcouldreducethemassofleakage；increaseeficiencyofrotortipandimprovefanaerodynamicperformance．囊黟势蠢xX≯火。曩曩鬟菇×霹K磐《毫口．X议凌义≯一～Keywords：aero—engine；fanrotor；ring；case-cavity；leakage；3Dnumericalsimulation；IHPTET1引言t_x魏≮术研究。该风扇的设

6、计指标十分先进，超过了美国当时预研风扇的指标，特别是带碳纤维复合材料的低展弦比、大前掠设计的风扇存在根部强度不整体叶盘研制在国内尚属首次，国际上这类新思想足及尖部振动问题，采用转子箍环结构是解决这个也处于刚起步状态。周拜豪在国内首次将全三维方问题的有效途径。美国IHPTET计划中，在有限寿法应用到高负荷风扇设计中，转子采用宽弦、大前掠命发动机验证机(JETEC)P_验证了带冠前掠叶片风设计，叶型采用低损失叶型设计，大幅提高了风扇性扇。威廉斯国际公司的XTL87前掠风扇(图1)采用能；与西北工业大学合作，研制出国内第一个带箍环碳纤维缠绕箍环

7、结构，即在叶盘叶冠处采用有机复结构的整体叶盘，取得了多项技术突破，为国内整体合材料(OMC)纤维缠绕成箍环，使叶盘重量减轻很叶盘技术发展奠定了基础；与南京航空航天大学合多。发动机上的试验表明，风扇在效率、稳定裕度、作，研制出国内第一个碳纤维复合材料箍环，为复合进口畸变状态下的适应性和非设计点工作方面改善材料在风扇设计中的应用奠定了基础。带箍环两级明显。风扇的试制，在气动、结构、强度、材料工艺及加工早在1994年，中国燃气涡轮研究院周拜豪等”等诸多方面取得了多项突破，将国内风扇设计水平就提出了开展带箍环两级压比4-3的高负荷风扇技收稿日期：

8、2012—05—22；修回日期：2013—02-18作者简介：曹志鹏(1977一)，男，四川广元人，高级工程师，博士后，主要从事压气机性能设计与分析研究。26曹志鹏等：风扇转子箍环与机匣间容腔