题目：高负荷掠形风扇机理与设计研究

不断提高叶尖切线速度是过去几十年叶轮机的重要发展趋势，并在将来一段时期内会继续保持这种趋势，因为这是提高单级增压比的有效途径。从空气动力学的观点看，提高叶尖切线速度的主要障碍是由此引起的气流相对马赫数相应增大后，流动损失的增加，而掠形叶片设计无疑是解决这个问题的一条出路。经过几十年的探索，掠形叶片这一设计自由度已经逐渐应用到现代高负荷风扇的设计中。本文第一章绪论部分综述了跨音级轴流风扇/压气机的设计发展趋势，介绍了掠形叶片技术的发展历史和机理研究。第二章介绍了风扇的气动设计方法。第三章详细介绍了某高负荷双级前掠风扇的设计过程，设计结果及分析。在设计中我们采取了转子叶尖和静子叶根适度前掠的思想，一方面可以降低叶片前缘法向马赫数以减小激波损失，另一方面可以提高风扇的失速裕度。最后的三维计算结果显示风扇内部流场情况较好，设计点流量为60.44 ，压比2.96，效率0.86，喘振裕度9.8%，高效率工作区域比较宽广。在第四章中给出了双级风扇的强度和振动计算结果。第五章探讨了转子前、后掠对风扇级性能的影响和原因。最后得出，首先前掠、后掠单级可获得几乎相同的较高效率，前、后掠转子通道在三维相对运动中并不存在着旋向相反的流动形态，但前掠的通道旋涡强度明显大，认为这是前掠单级效率较后掠有稍微降低的主要原因。其次前掠转子能够很明显地提高级失速裕度，主要因为转子通道激波曲面按其自身结构的内在需要而展向发展，激波的展向构形和流向平衡位置并不完全随叶片前缘前、后掠而改变，从而前掠前缘与通道激波之间的距离加大或即失速裕度加大。结论部分总结了本文所做的工作，并对本课题的发展提出了一些展望。