超低转速超高载荷风扇级气动设计方法的研究,为大涵道比涡扇发动机未来的发展提供了技术储备。本文借助遗传优化方法和数值分析手段,对超低转速超高载荷风扇级叶片设计及气动性能影响因素进行了探索,分析出该风扇转子设计有别于传统风扇转子设计的气动特性和几何结构特征,并提出风扇转子叶根叶型采用尾缘负载荷的设计概念。首先,建立了一套超低转速超高载荷风扇转子叶片的气动设计流程。以课题组现有的大涵道比风扇转子的气动性能为设计指标,通过S2通流计算,研究了载荷系数和流量系数对转子气动性能的影响。再通过S1流面叶型设计、S1流面叶型优化及叶型径向积叠得到本文的超低转速超高载荷风扇转子。NUMECA计算结果表明,在流量相同且压比分布一致的前提下,风扇转子转速从原有的3750RPM降低到2240RPM,转子叶尖达到0.82的超高载荷。转子在设计工况的总压比为1.78,等熵效率为0.964,失速裕度为24.78%。并得出超低转速超高载荷风扇转子气动设计的主要特征为轮缘速度低、扭速大及气流转角大,其几何结构特征为叶片弯度大、叶片轻薄、整体质量轻。其次,通过调整下子午面斜率,叶根叶型等比例扩张,及积叠线前后掠对超低转速超高载荷风扇转子进行优化改进研究,并分析出上述变化对风扇转子气动性能带来的影响规律。结果表明:下子午面斜率的改变对风扇转子的等熵效率和总压比影响不大,通流能力有一定的提高;转子叶根叶型等比例扩张,提高了转子做功能力,却略微降低了通流能力,等熵效率唯有喘点附近才有明显提高;积叠线改进后的转子,总压比基本不变,等熵效率和失速裕度有明显提高。再次,利用课题组成熟的叶片设计优化平台,以风扇转子出口气动参数为静子设计的进口条件,进行静子气动设计研究。其中,主要包括S2流面通流计算、S1流面叶型设计、S1流面叶型优化及叶型径向积叠成风扇静子叶片几个部分。风扇静子在级环境下用NUMECA软件进行气动性能计算,计算结果表明本文静子基本达到预期设计目标。最后,研究了转子叶根叶型等比例扩张、静子叶根叶型优化改进及转子积叠线前后掠对风扇级气动性能的影响。结果表明:转子叶根叶型比例扩张后,风扇级和转子总压比有所提高,其它气动性能基本不变;静子叶根叶型优化改进后,转子气动性能基本不变,但静子气动性能得到了较大提高,整个风扇级的气动性能也较大提高;改进积叠线掠的转子使得整个风扇级的工作范围明显增大,风扇级的等熵效率和失速裕度明显提高。