题目：风扇掠形对流动结构的影响研究

        自20世纪70年代以来，大涵道比涡扇发动机由于其耗油率低，经济性好等优势，迅速占领了民用航空发动机市场。在民用涡扇发动机中，风扇部件提供了发动机约3/4的推力，因此风扇部件的流量、效率和喘振裕度直接关系到发动机的推力、耗油率和稳定性等重要性能参数。20世纪80年代末，“掠空气动力学”在跨音风扇/压气机实现高性能目标的进程中起到了十分关键的作用。由于掠叶片三维流场的复杂性，其作用机理在前人的研究中虽然有了一定认识，但还没有被全面地认识清楚。因此本文将通过研究叶尖、叶中/叶根以及复合掠形对风扇性能和流动结构的影响，分析掠形的作用机理，并将其应用于某大涵道比风扇设计。

        本文对课题组使用的风扇设计平台进行了介绍和完善。该平台由MATLAB搭建，可以把二维流线曲率法计算、叶片造型、掠形设计和CFD计算整合起来，从而提高风扇叶型的设计效率。使用该平台可以生成各种符合要求的叶片造型，其中掠形的生成方式有两种：基元叶型沿弦向整体移动的方式和保持基元叶型尾缘不变、改变弦长的方式。

        本文首先研究了叶尖掠形对风扇性能的影响，结果表明叶尖掠形由于不改变风扇叶尖的激波结构，对风扇流量、压比和效率的变化作用都不大，仅前掠对扩大风扇稳定工作范围有一定积极作用。此外叶尖掠形会带来叶片负荷的展向分布变化。之后研究了叶中/叶根掠形对流动结构的影响，结果表明采用保持基元叶型尾缘不变，增加弦长方式生成的前掠叶型受叶中稠度升高的影响，转子通道激波的位置没有发生与基元叶型整体前移方式前掠一样的靠近叶片前缘，同时叶中的通道激波更加倾斜，激波强度较低并由原来的单波系变成双波系结构，降低了激波损失，从而提高了转子总体效率。但相同稠度的另一转子叶型的通道激波没有发生与叶中前掠叶型一样的倾斜及减弱效果，说明前缘掠形对流动结构的主要影响在于改变了叶片不同叶高的负荷分布，从而导致激波结构改变。

        同时研究了叶中最大掠形的展向位置不同对风扇性能的影响，发现对于掠形程度相同的算例，最大掠形的展向位置较高者可以获得较高的设计点效率，但在工作点向失速边界靠近时压比低于最大掠形的展向位置较低的算例。

        最后研究了前缘复合掠形对风扇性能的影响，在研究叶尖安装角的改变对风扇性能的影响后，略微降低叶尖安装角，最终得到了在各个工作状态下都表现较好的复合掠形风扇。该风扇的最大爬升状态设计点效率为94%，比直叶片原型风扇提高了0.8%，同时有26%的喘振裕度；最大巡航状态设计点效率达到了94.4%，裕度为29%，比直叶片原型风扇提高了4个百分点；标准起飞状态的设计点效率和裕度跟直叶片比分别提高了3%和6%，同时在靠近失速边界工作时具有更高的压比。