大涵道比涡扇发动机风扇_压气机气动设计技术分(5)

　第3期陈懋章等:大涵道比涡扇发动机风扇/压气机气动设计技术分析　517

　　静音飞机研究的启示:

(1)静音飞机研究取得了超出预想的成功,超低的噪音和耗油率是革命性的。

(2)成功的基本经验是采用了全新的研究模式:①产学研紧密结合;②知识综合系统集成。

(3)组织形式是知识综合集成共同体(KIC)。

(4)所用的每一项技术几乎都不是新的,有的甚至可以追溯到喷气时代的黎明期。

图6给出了GE公司风扇/压气机气动设计技术的演变,从图中可以看出,自20世纪80年代以来,航空发动机风扇/压气机的气动设计技

术先以准三维为主;20世纪90年代以来则逐渐建立起了以三维CFD技术为核心的现代设计体系,使其逐渐摆脱了耗资多、周期长、风险大、主要依靠完备实验数据库的“传统设计方法”。下面将以大涵道比涡扇发动机为背景,重点分析过去20年其风扇/压气机气动设计技术的发展现状,及其进一步的发展趋势,总结其技术难点,旨在说明中国将来发展高性能大涵道比涡扇发动机在风扇和压气机方面将面临的一些挑战,以及亟待突破的一些关键技术,从而为中国明确大涵道比涡扇发动机的技术发展途径提供参考。

图6　GE公司风扇/压气机气动设计技术的演变[4,8]

Fig16　GEfan/compressoraerodesignsystemevolution[4,8]

　　的效率进一步提高。

大涵道比风扇叶片之所以能够实现先进掠型设计的关键在于突破了宽弦空心叶片或复合材料叶片的制造技术。如图8所示,与传统造型相比,当前大涵道比风扇基本都采用复合掠型的设计,叶片中上部后掠,实现通道激波的后掠,从而降低激波损失;叶片尖部前掠,从而有效提高风扇的失速裕度;此外,宽弦设计本身还会进一步促使激波在空间的倾斜;再加上叶型的定制设计,从而使得激波损失,以及相应的附面层损失和二次流损失明显降低,风扇设计点的效率比常规造型的风扇有明显改善。图9给出了GE公司GE902115B掠型风扇与常规造型风扇性能的对比。除上述设计点风扇效率明显

1　风扇气动设计技术与发展趋势

111　风扇气动设计技术现状

过去20年,风扇宽弦空心钛合金叶片以及复合材料叶片制造技术的突破,使得风扇的机械性能大幅度提高,为涡扇发动机的涵道比不断增加提供了可能,从而有效提高了发动机的推进效率,而且突肩的取消,也使得风扇的效率明显提高。图7给出了RR风扇效率的演变过程,从图中可以看出,20世纪90年代以来,随着风扇/压气机的三维气动设计技术的提高,通过采用三维气动造型,实现了风扇内部流场的定制设计,使得风扇