题目：畸变条件下高效风扇气动设计及性能分析研究

经过半个多世纪的发展，航空燃气涡轮发动机的性能不断提高。进入21世纪，人们的能源危机意识以及环境保护意识越来越强，以低油耗、低噪声、低排放等为目标的环境友好型发动机被广泛提出。相应地一种采用翼身融合设计、分布式多扇推进布局形式的飞行平台被提出，其通过埋入式S型进气道抽吸机身吸力面边界层、尾喷管射流填充翼身尾迹等方法来提高飞机性能，简化飞机结构，降低总体重量，实现燃油消耗的降低。但是这种布局形式给飞机动力系统带来了不利影响。一方面，飞机气动性能提高中所采用的边界层抽吸技术以及埋入式S型进气道使得气流到达风扇进口AIP截面时气动参数分布不再均匀，靠近进气道内表面处存在稳定周向畸变形式。该畸变区域的存在对于动力系统中最先感受到的动力部件的稳定工作有着极大的影响。另一方面，低噪声要求下的风扇叶尖切线速度在300m/s左右，使得风扇的负荷系数增大。本文工作主要为研究畸变条件对低速高负荷风扇气动性能的影响，讨论了如何将畸变条件在风扇设计阶段引入进来，减小气动参数偏差，减小损失，满足设计要求。

首先对畸变条件下风扇工作状况进行分析与风扇设计。通过分析得出，风扇前AIP截面畸变形为一种周向总压畸变形式，在此基础上讨论了畸变对风扇气动参数如风扇流量、工作状况的影响，结合S型进气道的气动设计与数值计算结果，利用简单平行压气机模型对风扇的设计参数进行模化。随后以模化后气动参数作为设计参数，采用基于轴对称的流线曲率法进行风扇初步设计，通过几何流道形式计算、管流计算、通流计算，配以任意中弧线叶片造型方法得到叶片三维造型。然后采用数值数值计算方法对设计方案进行三维数值计算，得到设计方案的气动性能以及流场细节，根据计算结果不断修正叶片参数，最终得到基本满足设计要求的原型风扇，然后进行总压进口畸变条件下的风扇气动性能计算，风扇的增压比以及效率均满足畸变条件下的总体要求，风扇失速裕度为9.3%。在方案设计过程中分析了设计参数比如转子叶尖间隙大小以及加功量分布形式对设计方案性能的影响，结果表明，在设计中保证安全工作的前提下叶尖间隙越小越好，设计过程中将风扇加功量最大位置后移，通过控制激波位置和激波损失来提高风扇性能。

以设计的基准风扇转子模型与课题组S型进气道模型，采用非定常数值计算方法进行模型联算，研究相互干涉情况下S型进气道的气动性能以及风扇转子对带有边界层抽吸下的畸变来流的响应，为对比不同，选取反压出口条件下的S型进气道作为比较对象。结果表明，风扇抽吸相比反压出口条件恶化了S型进气道内的流动，使得总压恢复系数降低，畸变度增大，这是由于风扇对于进口不同区域的响应不同造成的，周向参数不均匀性使得风扇进口AIP截面上的静压重新分布，导致截面上气流的周向速度产生不同，使得风扇进口截面上涡的结构发生变化。沿着转子转动方向，“对涡”中前面的涡被拉伸，后面的涡被压缩，出口区域的对涡结构转变为单个通道涡结构，使得S型进气道的性能降低。

结合非定常数值结果，分析了风扇转子对畸变来流的响应，通过对大、小流量工况条件下风扇转子流场的分析，研究了风扇转子对畸变的响应以及畸变气流在风扇中沿着轴向以及周向的传播。结果表明，总压畸变沿风扇转子轴向传播过程中，畸变度不断减小，总温畸变沿轴向不断增大。低能团产生于畸变区域，当低能团在周向上的跨度增大一定幅值时，风扇进入失速状态。