[发明专利]航空涡扇发动机风扇气动性能与声学性能一体化设计方法

说明书

本申请涉及一种航空涡扇发动机风扇气动性能与声学性能一体化设计方法，包括：根据航空涡扇发动机总体设计要求获得风扇初步设计参数，其包括风扇流路与叶片的子午投影、周向积叠参数等，然后进行通流设计及叶片造型设计；从通流设计与叶片造型设计中提取流场信息与几何信息，通过气动性能评估与三维造型的声学性能评估同时获得初步设计的气动性能与声学性能；将叶片前缘子午投影与周向积叠线进行参数化，并通过参数调整轴向的掠型与周向的弯曲，重新进行通流及叶片造型设计；重复上述步骤二到步骤三，直至获得满足气动性能又满足声学性能的设计方案。本申请实现了在设计阶段内完成气动性能、声学性能的同时迭代，保证设计的全面性，降低设计风险。

技术领域

本申请属于大涵道比的涡扇发动机风扇气动性能与声学性能设计技术领域，特别涉及一种航空涡扇发动机风扇气动性能与声学性能一体化设计方法。

背景技术

航空涡扇发动机是飞机起飞与降落过程中的主要噪声源之一，且涡扇发动机风扇产生的噪声占有较大比重。转静干涉噪声是风扇噪声中的重要组成部分，其形成原因主要是转子叶片尾迹扫掠过下游静子叶片表面，在静子叶片表面形成非定常响应压力脉动。进行涡扇发动机风扇的低噪声设计、降低转静干涉噪声成为重要的降噪手段。但风扇的低噪声设计参数与气动设计参数存在矛盾，需要气动设计与低噪声设计进行迭代。现有设计方法中，在通流设计与叶片造型设计后，仅进行气动性能评估，若满足气动性能要求，再进行风扇的声学性能评估；若不满足声学性能要求，则重新回到通流设计与叶片造型设计阶段，然后重复上述步骤。

如图1所示，在现有设计流程中，在通流设计与叶片造型设计后，仅进行气动性能评估，若满足气动性能要求，再进行风扇的声学性能评估。但是风扇在设计过程中，气动性能的提升与声学性能的提升可能相互矛盾，在设计阶段若无法进行气动性能与声学性能的快速评估与迭代，很难同时保证气动与声学性能。

1、若气动与声学单独设计，在保证气动性能的设计中，声学性能有可能出现明显的下降，但在声学评估前完全无法获知；

2、在保证声学性能的设计中，气动性能有可能出现明显的降低，但在气动评估前完全无法获知；

3、气动性能与声学性能单独设计不仅增加了设计难度，而且无法保证设计周期；

4、现阶段常采用的可以考虑三维复杂造型的声学评估方法则需要繁琐的计算设置以及大量的计算时间，常需要数天，因而在进行具有三维复杂弯掠造型的风扇设计时，若气动与声学耦合设计，但采用的声学评估手段无法在短时间内进行预测，则与气动设计迭代脱节，增加设计的时间成本；

5、现阶段常采用的快速声学评估方法计算速度快，进行一次计算需要数分钟，但无法应用到三维复杂弯掠叶片的声学评估，在进行具有三维复杂弯掠造型的风扇设计时，若气动与声学耦合设计，但采用的声学快速评估手段无法考虑现代风扇的三维造型，则无法正确评估声学特性，增大设计风险。

发明内容

本申请的目的是提供了一种航空涡扇发动机风扇气动性能与声学性能一体化设计方法，用于解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

在一方面，本申请提供的技术方案是：一种航空涡扇发动机风扇气动性能与声学性能一体化设计方法，所述方法包括：

根据航空涡扇发动机总体设计要求获得风扇初步设计参数，所述设计参数包括风扇流路与叶片的子午投影、周向积叠参数等，然后进行通流设计及叶片造型设计；

从通流设计与叶片造型设计中提取流场信息与几何信息，通过气动性能评估与三维造型的声学性能评估同时获得初步设计的气动性能与声学性能；

将叶片前缘子午投影与周向积叠线进行参数化，并通过参数调整轴向的掠型与周向的弯曲，重新进行通流及叶片造型设计；

重复上述步骤二到步骤三，直至获得满足气动性能又满足声学性能的设计方案。