● 摘要
随着油价的上涨，开式转子发动机以其低耗油率受到各航空发动机公司的青睐，成为未来民用客机及运输机发动机的主要选择之一。此类发动机设计的技术难点之一是叶片设计，其最初的设计思路是通过提高涡扇发动机的涵道比来提高发动机的推进效率，随着风扇直径的增大，去掉风扇外的机匣便成为了一种选择，这样一来，在叶片流动就具有了螺旋桨的流动特征。因此，开式转子叶片气动性能的研究可以从螺旋桨气动性能的研究方法入手。本文基于螺旋桨设计方法在开式转子气动设计、优化方法以及数值模拟等方面做了一系列探索性的工作。
本文采用MATLAB编写了基于Adkins和Liebeck提出的螺旋桨设计方法的程序，引入了马赫数的影响，使其适用于高亚音来流下的开式转子叶片设计；编写了叶片造型程序，介绍了叶片造型原理；以现代民航客机发动机为设计目标设计了开式转子叶片原型；采用ANSYS CFX和NUMECA进行三维流场计算，并对网格数、边界条件和计算域设置进行了研究，验证了计算结果的可靠性，并证明了设计方法基本满足初始设计要求。
在开式转子初设设计的基础上，本文设计了四种轮毂外形，并对其进行了二维和三维数值模拟；改进了设计方案，计入了轮毂对来流轴向速度的影响，重新设计了适合不同轮毂形状的开式转子叶片，并采用ANSYS CFX对不同设计进行了数值模拟计算，证明了改进的设计方法能有效地提高开式转子气动设计的精度。