民用大涵道比风扇气动设计

论文摘要

随着人们生活水平的不断提高,对于航空飞行的舒适性和环保性提出了越来越高的要求。发动机噪音很大部分是由于风扇造成的,而风扇的噪声又与叶尖切线速度的4次方成正比。因此低叶尖切线速度是将来大涵道比风扇的发展趋势。目前,降噪已经被纳入气动设计体系与流程。预计到2020年,涵道比上升到15左右,风扇的叶尖切线速度则会下降到250m/s~280m/s,压比还会保持在1.3左右,外涵效率在0.91以上。为了实现下一代大涵道比风扇的预研工作,本文气动设计了一台大尺寸风扇,并预计其叶尖切线速度,流量及尺寸与涵道比为15左右的风扇基本相当,希望为将来大涵道比涡扇发动机风扇气动设计提供一定的参考。本文详细叙述了一维、二维气动设计过程。并利用商业软件Numeca对其进行三维数值模拟。根据三维流动细节,反过来对S2进行调整,如此循环,直到流场满足要求为止。根据最后计算所得结果,得到该风扇压比达到1.31,效率为91.5%,流量1650kg/s。除了对设计得到的风扇,进行流场分析与特性分析外,还对其内部流动规律作出了一定的总结,以供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 风扇气动设计现状
• 1.2 风扇气动设计发展趋势
• 1.2.1 齿轮驱动风扇
• 1.2.2 对转风扇
• 1.3 叶轮机气动设计体系发展
• 1.3.1 一维经验和二维半经验设计体系
• 1.3.2 准三维设计体系
• 1.3.3 三维设计体系
• 1.3.4 时均设计体系
• 1.3.5 非定常设计体系
• 1.4 CFD技术在叶轮机械中的应用
• 1.4.1 网格生成
• 1.4.2 空间离散格式
• 1.4.3 湍流模型
• 1.5 本课题研究背景及其主要研究内容
• 1.5.1 课题研究背景
• 1.5.2 本文主要工作
• 第2章 数值计算方法
• 2.1 控制方程
• 2.2 计算方法
• 2.3 湍流模型
• 2.4 边界条件
• 2.5 前后处理
• 2.6 本章小结
• 第3章 大涵道比风扇气动设计
• 3.1 引言
• 3.2 一维设计
• 3.3 S2 气动设计
• 3.3.1 气动参数设计
• 3.3.2 几何参数设计
• 3.3.3 叶型设计
• 3.4 结论
• 第4章 大涵道比风扇三维流场分析
• 4.1 动叶流场分析
• 4.1.1 计算前处理及边界条件
• 4.1.2 典型截面等马赫数图
• 4.1.3 典型气动参数在动叶中的分布
• 4.1.4 动叶特性分析
• 4.2 静叶流场分析
• 4.3 级特性分析
• 4.4 动叶特性和级特性的对比
• 4.5 结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢