民用大涵道比风扇叶片气动设计研究

摘要

风扇是涡扇发动机的重要组成部分，本文重点是研究民用大涵道比风扇叶片的气动性能，在课题组工作基础上，采用实验室已有的优化设计平台，对现有某型号大涵道比风扇叶片进行优化设计，通过对其优化结果的分析与总结，进一步自行设计大涵道比风扇叶片并对其进行优化设计。
　　本文主要分为以下三个部分：
　　第一部分，研究现有某型号大涵道比风扇的气动性能并对其进行优化设计。首先是使用商用Numeca软件对其进行数值模拟，通过对其进行流场分析，了解它的流动特性。以此为基础，基于实验室已有的优化设计平台，用数值最优化方法结合叶轮机械正问题流场计算，实现对大涵道比风扇叶片积叠线、子午面流道、叶片型面和沿径向弦长分布组合优化设计，数值最优化采用基于局域网的并行遗传算法，流场计算采用Denton粘性体积力方法。优化设计后，叶片稳定工作流量范围明显增大且压比近似不变，在大部分工作流量范围内效率提高0.5个百分点以上，最高效率点提高了近1个百分点。通过优化算例，也验证了该优化设计方法的可行性以及高效性。
　　第二部分，大涵道比风扇的初始设计。采用实验室已有的准三维叶型设计软件，该软件以S1/S2两类流面为基本思想，实现了大涵道比风扇叶片的初始设计，并采用Numeca软件进行了初始叶片的校验计算与性能分析，同时也验证了该设计软件的可行性与有效性。本次大涵道比风扇叶片的初始设计是以已有的风扇叶片作为参考，目的是为了能在降低叶片转速情况下实现保证叶片的总体性能不变。
　　第三部分，对初始设计的风扇进行优化设计。首先是对初始设计的叶型进行任意回转面优化设计，设计出气动性较好的叶型，然后对任意回转面优化后的叶型径向积叠成的叶片进行三维优化设计，提高其气动性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图、表目录

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究状况

1.3 本文的主要研究工作

第二章 优化设计平台

2.1 自动优化方法

2.2 数值流场计算

2.3 遗传算法

2.4 叶片参数化方法

2.5 小结

第三章 现有大涵道比风扇三维优化设计

3.1 Numeca软件简介

3.2 现有风扇叶片优化设计

3.3 现有风扇叶片第二次优化设计

3.4 小结

第四章 大涵道比风扇初始设计

4.1 S1流面叶型正问题设计

4.2 Numeca三维计算校验

4.3 小结

第五章 初始大涵道比风扇优化设计

5.1 任意回转面叶型优化设计

5.2 三维优化设计

5.3 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文