[发明专利]考虑BLI进气畸变效应的叶尖跨音风扇非对称静子设计方法

说明书

本申请公开了一种考虑BLI进气畸变效应的叶尖跨音风扇非对称静子设计方法，包括以下步骤：步骤一、根据BLI畸变进气条件下原型设计的风扇静子进口来流情况将静子叶片沿周向划分为畸变区域和非畸变区域；步骤二、对划分为畸变区域的静子叶片进行优化改型，同时，划分为非畸变区域的静子叶片保持原型设计；步骤三、将畸变区域的改型静子叶片和非畸变区域的原型设计叶片组合，得到全周向非对称静子叶片。

技术领域

本申请属于压气机风扇静子设计领域，具体地，涉及一种考虑边界层抽吸(Boundary Layer Ingestion，简称BLI)叶尖跨音风扇非对称静子设计方法。

背景技术

飞发一体化布局是下一代民用航空飞行器设计的趋势。运用边界层抽吸效应的推进系统布局，相较于传统动力系统布局，理论上能够降低5％～10％的飞行器耗油率，被各大航空研究机构看好。采用BLI推进系统的飞行器，将机身的一部分低速流动的附面层抽吸入动力系统，降低排气速度，提升推进效率，从而降低飞行器的整机耗油率。

然而BLI推进系统也为发动机设计带来了新的挑战，由于风扇需要持续工作在畸变进气来流下，这使得风扇气动效率降低1％～2％。因此，BLI进气畸变条件下的高性能风扇设计成为了当下一个重要的研究课题。

BLI进气畸变导致风扇内部流动呈现出周向非对称性，总压畸变在经过转子之后得到了发展，叶尖畸变强度增大，畸变沿转向发生周向扩展，周向影响范围扩大，转子出口(即静子进口)流场呈现出非对称性，畸变区域的静子气流角大幅度偏离设计值。攻角偏大导致静子叶型吸力面出现流动分离，产生较大的流动损失，导致风扇效率下降。因此，传统的按照均匀进气设计的风扇静子难以满足在畸变进气条件下的工作需求。

基于畸变进气条件非对称流场中的风扇静子优化设计研究，国外的研究团队进行过一些工作，尝试进行静子的非对称设计以降低非对称流场中静子的流动损失。

1996年，罗尔斯罗伊斯航空发动机公司(罗罗公司)通过非对称优化风扇出口导叶，调整局部叶片弦长和安装角，来减缓导叶下游非对称机匣承力结构对于导叶的影响，有效地抑制了导叶角区的分离流动。然而，下游机匣承力结构引起的静子流场非对称性无论从尺度还是幅值都明显小于BLI效应进气畸变引起的静子流场非对称性。

2017年，剑桥-麻省理工研究团队Gunn和Hall采用非对称静子设计减小了BLI效应进气畸变下某低转速风扇的流动损失。首先对静子的基元叶型进行了非对称改型，调整叶片金属角和弦长，然后对静子叶片进行了非对称性的改型。结果表明：对风扇静子进行二维非对称改型可以减小叶尖高负荷区域的流动损失；进行三维叶片的非对称性改型，可以进一步降低静子叶根的分离损失。但是，Gunn和Hall的工作是基于一台低转速风扇进行的，而民用飞行器风扇通常是大涵道比、高转速且叶尖超音的，非对称静子优化设计是否适用于高负荷风扇静子尚未得到验证。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本申请提出了一种考虑BLI进气畸变效应的叶尖跨音风扇非对称静子设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据BLI畸变进气条件下原型设计(即未考虑BLI进气畸变效应时的设计)的风扇静子进口来流情况将静子叶片沿周向划分为畸变区域和非畸变区域；

步骤二、对划分为畸变区域的静子叶片进行优化改型，同时，划分为非畸变区域的静子叶片保持原型设计；

步骤三、将畸变区域的改型静子叶片和非畸变区域的原型设计叶片组合，得到全周向非对称静子叶片。

在本申请的一个实施方案中，所述步骤一包括根据BLI畸变进气条件下原型设计的风扇静子的攻角与设计值的偏离情况来划分畸变区域和非畸变区域。

在本申请的一个实施方案中，所述步骤二包括通过修正静子进口金属角，使其对准来流方向来对划分为畸变区域的静子叶片进行优化改型，以降低静子攻角。