涵道风扇部件耦合设计方法及初步应用

涵道风扇是未来绿色航空动力的重要发展方向,快速、准确的涵道风扇设计方法成为工程领域的迫切需求。在传统的涵道风扇设计方法中,部件间的耦合效应需要建立在完善的三维数值计算或试验数据的基础之上。而本文发展了考虑涵道风扇关键部件耦合效应的设计方法,形成了涵道风扇一体化设计手段,并以此为基础开展了涵道风扇的一体化设计及验证工作。结果表明：相比于简单叠加设计方法,耦合设计使叶片推力设计误差由15%减小到3.5%;采用部件耦合方法设计的带有扩张喷管涵道风扇和等直径喷管涵道风扇的转静叶片推力设计误差满足工程需求,确认了部件耦合的设计方法正确传递了部件间的影响关系;通过试验对设计结果进行了推力校验,试验结果与设计点的总推力误差为1.25%,证明了本文发展的耦合设计方法的准确性。     

国外发展风扇／压气机设计体系的一些经验和启示

采用历史和技术内在规律相结合的方法,首先回顾和分析研究了历史上风扇/压气机设计技术发展的里程碑及其特点,归结出以经验为基础的设计体系要点和工程科学方法。然后对1990年以来国外最新的设计体系进行分析讨论,强调新的设计体系的发展和组成、与其相配套的经验数据和准则以及为减少对经验数据的依赖而发展的计算流体力学程序及其精度的鉴别和校准,还列举了多级压气机较典型的试验研究途径。最后结合风扇/压气机设计和设计体系发展的实际,引出几个有启发性的问题,以供进一步研究讨论。     

风扇和压气机全三元气动设计体系的研究和发展

为提高级压比、喘振裕度和工作可靠性,保持可接受的效率水平,风扇和压气机叶片的气动外形正在发生显著变化,如朝大后掠、小展弦比,复合弯扭方向演变。在设计这种叶片时,需对叶片通道内的气流结构有更深入的了解,并有更精细完善的设计分析体系。目前,风扇、压气机气动设计体系正从准三元发展到全三元。本文介绍近年来我们开展的全三元设计体系研究及取得的进展。对该体系的鉴别和校准以及设计应用表明,这套先进程序系统已能在工程上谨慎使用。最后提出了进一步工作的建议。     

轴流压气机设计技术的发展

轴流压气机是涡扇发动机的核心部件，由于其涉及技术面广、研制难度大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。本文回顾了轴流压气机技术的发展过程，介绍了压气机设计的关键技术，并对未来高负荷先进压气机将要采用的新技术进行了展望。     

风扇叶片金属模样的计算机设计计算程序

采用新开发的计算机设计计算程序,对大型无余量铸造风扇叶片的金属模样进行叶型坐标转换和预变形设计。与传统画放大图的方法相比,既提高了设计工作效率,又保证了叶型设计的尺寸精度。     

风扇/增压级设计与非设计性能数值模拟

为了研究双涵道风扇／增压级的设计与非设计状态性能，利用三维数值模拟软件对某型双涵道风扇／增压级80％设计转速、88％设计转速、96％设计转速、100％设计转速下的各种工作状态进行了数值模拟。重点分析了典型工况下风扇／增压级出口特性参数分布与非设计转速下内涵特性。同时通过和实验结果的比较表明，对风扇／增压级设计状态性能的模拟较非设计状态性能的模拟更为准确。     

齿轮传动涡轮风扇（GTF）发动机先进技术综述

齿轮传动涡轮风扇（GTF）发动机采用的1套齿轮减速机构,在保证低压涡轮高速旋转的同时,能使风扇以理想的低速旋转,从而降低了发动机的噪声与油耗。概括性地介绍和分析了PW公司GTF发动机的研制背景、设计特点与采用的新技术。     

风扇／增压级的设计及试验研究

介绍一台先进风扇/增压级的设计及试验。设计点的风扇外涵级压比为1.629,绝热效率为0.889,内涵低压压气机增压比为2.73,绝热效率为0.891,增压级为4级。气动设计采用了一套完整的设计体系,设计重点放在提高效率和增大主要工况气动稳定性上。经模型件试验验证,风扇性能超过了设计指标,增压级性能基本达到设计要求。     

高马赫数、高负荷单级风扇设计和试验研究

本文介绍了一台高马赫数、高负荷单级风扇的设计和试验研究,该风扇试验性能达到了国际先进水平。对在研制中采用的新技术也作了概括的介绍。     

基于低雷诺数条件的风扇/增压级气动设计

本文针对低雷诺数工作条件下的某风扇/增压级进行了通流设计、流道结构设计、各叶片排叶片几何设计及三维数值模拟。在完成气动设计循环、确定风扇/增压级流道结构形式和叶片叶型几何造型等根据设计需求进行的工作之后,使用商用软件NUMECA对该风扇/增压级12 km、0.6 Ma飞行条件100%和95%折合转速以及地面标准大气条件86.6%(简称87%)和80%折合转速的特性曲线进行了数值计算。前者用于考察巡航状态性能及流场特征,后者对应于地面起飞的最大状态。就目前设计方案的三维数值模拟结果表明,外函完全达到了设计需求指标的要求,内函除效率外,其它均达到设计要求。     

高性能前掠三级轴流风扇的设计与试验研究

本文介绍了一台高性能前掠叶型三级轴流风扇的设计与试验研究.该风扇以某涡扇发动机为验证平台,全新设计一台三级风扇代替该发动机原四级风扇,并提高性能.新设计的输入条件为:保持原四级风扇的进出口几何尺寸、总压比、转速和喘振裕度,效率不低于原四级风扇试验值.设计中采用了叶片掠型设计、叶片三维成型技术和三维气动设计分析等先进技术.试验结果表明,新设计的三级风扇流量增加了8%,效率提高了3.5%,超过了设计指标.该新三级风扇串装于某发动机顺利完成地面试车,其不加力最大推力增加464daN,超过了原计划增加200daN的指标.     

飞航导弹/涡扇发动机一体化设计-优化设计

利用飞机／涡扇发动机一体化设计的思路，建立了飞航导弹／涡扇发动机一体化设计的优化设计模型并给出了算例和分析。根据飞航导弹的要求对涡扇发动机进行了循环参数优化选择并预测了未来涡扇发动机的发展趋势。在考虑导弹空重、有效载荷和气动特性的情况下，预测了未来先进飞航导弹的性能。建立的飞航导弹／涡扇发动机一体化优化设计模型还能够用于已有飞航导弹的任务剖面的优化设计，具有很好的工程实用价值。     

通过损失系数实验值确定堵塞系数的方法

本文在分析现有设计体系模型的基础上，提出了一个工程模型，试图把两者关联起来，通过损失系数的实验值确定堵塞系数的值。     

处理机匣在单级跨声速风扇上的实验研究

为新研制的单级跨声速风扇设计了３种不同形式的处理机匣,圆弧斜槽处理机匣、轴向斜槽处理机匣和反旋涡式处理机匣,并在该单级跨声风扇上进行了实验研究。采用新建立的试车台数据实时采集与监控系统,测量了该单级跨声速风扇的总性能和采用处理机匣后风扇的总性能、基元级性能。通过分析表明圆弧斜槽处理机匣使负扇的稳定工作裕度获得较大的改善,并且与实壁参考机匣相比,提高了峰值效率,其作用效果明显地优于其他形式的处理机匣     

综合电子调节器喘振信号器的仿真与虚拟设计研究

某型涡扇发动机喘振信号器是综合电子调节器的重要附件之一，如何仿真和虚拟喘振信号器，对发动机喘振试验仿真及综合电子调节器的数字化研究都具有重要意义。通过MATLAB软件仿真论证了虚拟传感器设计的可行性，并根据虚拟仪器技术，充分利用现有资源，设计完成了替代原喘振信号器的虚拟传感器。     

风扇转子叶片周向积叠的三维气动优化设计

为了研究优化环境对优化结果的影响,利用商业软件NUMECA对某风扇第一级转子叶片进行了气动优化设计,并对比研究了第一级转子单排叶片的优化及其在整级环境中的优化结果。研究发现．单叶排优化后．虽然能提高整级风扇的效率,但是由于匹配的原因,整级风扇在整个流量范围内总压比都比优化前的有所减小;在级环境中优化后,该级风扇的效率和稳定工作范围都扩大了,且保证了级压比不变,其优化效果比单叶排的优化效果好。     

航空电子设备冷却轴流风扇优化设计

基于风扇参数化设计和数值模拟程序,分析风扇各主要结构参数对其气动性能的影响,为进一步的优化设计提供了条件.采用并行计算流体力学(CFD)方法,基于组合优化策略(正交实验设计、响应面模型、遗传算法和混合整型算法)以多工作点流量系数平均值最大为目标函数对风扇进行多参数结构优化.8025型轴流风扇的优化结果比初步设计方案的性能提高14.5%.      

PW2000“降温型”发动机的发展与设计特点

美国普惠公司为波音757客机研制的PW2037高涵道比涡扇发动机于1984年投入使用后，已被22家航空公司（包括上海航空公司）选用，目前已交付近900台，累积使用时间超过1200万小时。到1992年，它的可靠性指标（空中停车率、提前换发率）已趋稳定，即该发动机已进入成熟期（见图1）。目前它总的空中停车率为0．013次／1000小时，达到较先进的水平。1989年，普惠公司对PW2000系列发动机（PW2037是该系列的第一个型号）作过一些改进，例如：对高压第一级涡轮工作叶片进行了改进；高压涡轮叶片外封气环带采用了283陶瓷涂层；增加了高压第一级导…     

高速掠型风扇气动设计原理初步探讨

本文通过分析跨音速掠型转子内S_2流场分布及掠型转子叶片通道内的三维流场计算结果,初步探讨掠型风扇叶片的设计原理,并分析了超音速后掠机翼和掠型风扇转子叶片在流动机理方面的联系和区别。