大涵道比涡扇发动机风扇_压气机气动设计技术分(6)

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航　空　学　报第29卷

提高之外,先进掠型风扇另外一个明显的优势是其堵塞流量也有所增加,从而使得发动机的起飞推力相应增大。

技术(不包括声衬技术)[7]。

(1)风扇转子设计:选取低的叶尖切线速度,重视降低尾迹的宽度和强度。

(2)拉大转子与静子间距:明显增加转子与风扇外涵出口导叶的间距,适当增大转子与增压级进口导叶的间距。

(3)出口导叶叶片数的选择:通过外涵出口导叶叶片数的选择,使之能够截断转子叶片通过频率成分的噪声模态向下游的传播。112　风扇气动设计发展趋势

为波音787飞机研制的、预计明年投入使用的GEnx和Trent1000发动机代表了当今大涵道比涡扇发动机的先进水平,其涵道比已经达到10,发动机的噪声水平比FAR36第3阶段的规定低近30dB;2020年前1。

,其最大的挑,以及由此引发的推力、重量等问题。图10给出了新一代发动机主要采用的降噪技术,主要是要从风扇、声衬、短舱和锯齿形喷口(chevronnozzle)几方面入手,其中风扇设计采取的先进降噪技术主要包括以下几方面[5,10211]:

(1)进一步降低风扇转子的叶尖切线速度(转子噪声近似与叶尖速度的4次方成正比)。

(2)对叶片造型,特别是出口导叶造型采用子午后倾、弯掠等三维优化气动造型。

(3)以降噪为目标对风扇加功量分布等一些重要设计参数进行优化。

(4)加强风扇部件全流场中尾迹和分离等各种旋涡流动的控制。

上述几项技术中最有效的、也是难度最大的就是进一步降低转子的叶尖切线速度,如图11所示,对于涵道比在10左右的发动机,其叶尖切线速度已经降到声速左右,现有风扇结构形式和驱动方式还不需要改变;但是未来涵道比12以上风扇的叶尖切线速度下降到声速以下时,现有双转子的发动机风扇驱动方式和结构形式必须进行创新,由此将引发一些新的气动设计问题。随着风扇涵道比的不断增加,风扇叶尖切线速度的不断降低,会带来两方面的问题:一是风扇增压级的切线速度非常低,其加功增压能力严重不足;二是风扇压比持续降低,导致发动机的起飞推力明显损失。由于RR公司采用3转子发动机,所以不存

为了满足未来适航条例关于噪声水平的要求,当前先进的大涵道比风扇设计中已开始将风扇的噪声水平作为重要的设计指标之一,同时将噪声的分析和评估直接纳入风扇的气动设计体系与流程。下面以GE90发动机为例(图5),简单分析现阶段大涵道比风扇气动设计上采用的降噪