一种多涵道风扇S2流场设计方法与流程

一种多涵道风扇s2流场设计方法
技术领域
1.本技术属于航空发动机多涵道风扇s2流场设计技术领域，具体涉及一种多涵道风扇s2流场设计方法。


背景技术：

2.当前在对航空发动机风扇s2流场进行设计时，多是在设计转速下取一个主要工作设计点进行设计，后续在多个重要工作点下进行数值或试验验证，依据设计转速和非设计转速的验证结果对设计进行修改迭代，直至修改迭代到满足设计要求。
3.为了提高航空发动机风扇的性能，设计有多涵道风扇构型，其将风扇分为前风扇、后风扇，其中前风扇部分包括内涵道、外涵道，同时引入第三涵道，对于多多涵道风扇s2流场设计，若按照上述当前常规采用的方法，按照设计-验证-修改迭代的方式进行，需要验证的重要工作点数量较多，设计效率低、周期长，需耗费大量的人力、物力。
4.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
5.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种多涵道风扇s2流场设计方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
7.本技术的技术方案是：
8.一种多涵道风扇s2流场设计方法，包括：
9.确定多涵道风扇主要工作设计点以及多个重要工作设计点；
10.对多涵道风扇主要工作设计点s2流场进行设计；
11.对多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场进行设计；
12.对比多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场与主要工作设计点s2流场的变化，对攻角、落后角进行优化。
13.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，多涵道风扇主要工作设计点，选取航空发动机包线内运行时间最长或气动负荷最高的典型工况点；
14.多涵道风扇重要工作设计点，选取与主要工作设计点转速相同、流量与压比不同的工况点。
15.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述对多涵道风扇主要工作设计点s2流场进行设计，具体为：
16.按照多涵道风扇主要工作设计点的气动设计要求，搭建s2流场进行设计，其中，气动设计要求包括压比、子午流道、内外涵流线、分流点、各叶片排的子午投影、展向的压比、效率、总压损失系数、进口预旋角。
17.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述按照多涵道风扇主要工作设计点的气动设计要求，搭建s2流场进行设计时，对于前风扇的s2流场，分为内涵、外涵两部分进行计算，在内涵、外涵两部分计算完毕后，再对分流流线进行迭代修正，使内涵、外涵两部分均达到收敛。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述按照多涵道风扇主要工作设计点的气动设计要求，搭建s2流场进行设计时，对于前风扇的s2流场内涵、外涵两部分分流流线的初值的确定，按照以下方式进行：
19.计算内涵流量占比；
20.单独搭建前风扇的s2流场，选定一根流线的流量的占比设置为内涵流量占比；
21.在前风扇s2流场计算收敛后，提取选定流线的坐标，作为分流流线的初值。
22.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述对于前风扇的s2流场内涵、外涵两部分分流流线的初值的确定时，选定流线为从叶根到叶尖部位的倒数第二根流线。
23.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述对多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场进行设计，具体为：
24.在多涵道风扇主要工作设计点s2流场搭建的基础上，改变后风扇流量重新搭建s2流场，子午流道、叶片排的计算站与多涵道风扇主要工作设计点保持相同；
25.重新给定前风扇分流流线的初值，调整分流点位置、分流点附近的计算站，使得s2流场初步计算收敛；
26.调整静子叶片的出口预旋角、转子叶片的压比及效率输入，使s2流场计算收敛后，各个叶片的气流转折角与多涵道风扇主要工作设计点相同。
27.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，所述对比多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场与主要工作设计点s2流场的变化，对攻角、落后角进行优化，具体为：
28.计算多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场与主要工作设计点s2流场之间叶片的进出气流角变化，在变化范围内取攻角、落后角。
29.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，还包括：
30.判断s2流场是否满足规范要求，在s2流场不满足规范要求时，重新对多涵道风扇主要工作设计点s2流场进行设计、对多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场进行设计，对比多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场与主要工作设计点s2流场的变化，对攻角、落后角进行优化，直至s2流场满足规范要求。
31.根据本技术的至少一个实施例，上述的多涵道风扇s2流场设计方法中，判断s2流场是否满足规范要求，具体是判断多涵道风扇主要工作设计点s2流场、对多涵道风扇各个重要工作设计点s2流场流量及压比发生变化的叶片排、马赫数、扩散因子、气流转折角是否满足规范要求。
32.本技术至少存在以下有益技术效果：
33.提供一种多涵道风扇s2流场设计方法，其对多涵道风扇主要工作设计点以及多个重要工作设计点的s2流场在相同的流道和叶片几何的约束下展开设计，即在多重要工作设计点下对s2流场进行设计，获得叶片的进出气流角变化范围，据此选取攻角、落后角，综合
考虑了多个工作设计点s2流场的特征，很好的实现了对不同工作设计点s2流场设计参数的匹配，使风扇内外涵在各个工作设计点处均具有较好的性能，且不需要在后续的验证中反复迭代修改，具有较高的设计效率。
附图说明
34.图1是本技术实施例提供的多涵道风扇s2流场设计方法的流程示意图；
35.图2是本技术实施例提供的搭建多涵道风扇s2流场的示意图；
36.其中：
37.vigv为进口可变弯度导向器；
38.r1为第一级转子叶片；s1为第一级静子叶片；
39.r2为第二级转子叶片，s2为第二级静子叶片；
40.r3为第三级转子叶片，s3为第三级静子叶片；
41.s2b为第三外涵出口导流叶片。
42.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其位置关系仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
43.为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
44.此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
45.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
46.下面结合附图1至图2对本技术提供的多涵道风扇s2流场设计方法做进一步详细说明。
47.1、多涵道风扇主要工作设计点的确定：
48.多涵道风扇主要工作设计点选取的原则为发动机包线内运行时间最长或者气动负荷最高、设计难度最大的典型工况点，一般为最高换算转速最高压比点，最终s2流场的设计输出也是采用该设计点的s2流场计算结果。
49.2、多涵道风扇重要工作设计点的确定
50.选择多涵道风扇主要工作设计点相同转速下，多涵道风扇流量、压比与主要工作设计点参数不同的工况点作为多涵道风扇重要工作设计点，应选择最大流量变化范围的边界点，其数量可以是一个或多个。
51.3、多涵道风扇主要工作设计点s2流场设计
52.按照主要工作设计点的气动设计要求，主要包括设计压比的确定、子午流道设计、内外涵流线及分流点的确定以及各叶片排的子午投影和展向的压比、效率、总压损失系数和进口预旋角分布等要素，搭建s2流场进行设计；
53.对于前风扇s2流场，分为内涵、外涵两部分进行计算，各自计算完毕后，再对分流流线进行迭代修正，最终使内涵、外涵部分均达到收敛。
54.理论上，前风扇s2流场内涵、外涵两部分分流流线的初值不影响最终的收敛结果，但是对于第三外涵涵道比较小的重要工作设计点，外涵部分的流量较小，分流流线靠近机匣流道形线，计算收敛性对分流流线的初始位置比较敏感，分流流线的初值稍微偏离一点，s2流场迭代就容易发生死循环而停止计算，对于分流流线的初值采取以下方法进行确定：
55.计算内涵流量比例，例如第三外涵涵道比0.03时，内涵流量占比0.97；
56.单独搭建前风扇的s2流场，选定某一根流线的流量占比设置为内涵流量占比0.97，具体可以是将从叶根到叶尖倒数第二根流线的流量占比设置为0.97；
57.前多涵道风扇s2流场计算收敛后，提选定流线的坐标，作为分流流线的初值，该初值与最终收敛值比较接近，数值过程较容易收敛。
58.4、多涵道风扇重要工作设计点的s2流场设计
59.在多涵道风扇主要工作设计点s2流场搭建的基础上，改变后风扇流量重新搭建s2流场，子午流道、叶片排的计算站与多涵道风扇主要工作设计点保持相同；
60.重新给定前风扇分流流线的初值，调整分流点位置、分流点附近的计算站，使得s2流场初步计算收敛；
61.调整相应静子叶片的出口预旋角、转子叶片的压比及效率输入，使s2流场计算收敛后计算收敛后，所有叶片的气流转折角与多涵道风扇主要工作设计点，因为在调节静子改变后风扇流量时，叶片的几何特征不变的，但是s2流场的设计输入是压比或环量，输出是气流角，无法精准保证气流转折角不变，在具体操作上，保证关键截面或平均截面的气流角误差小于设计者给定的误差范围即可。
62.5、多涵道风扇重要工作设计点、主要工作设计点的s2流场变化对比
63.在完成多涵道风扇重要工作设计点的s2流场搭建后，将s2计算结果与多涵道风扇主要工作设计点结果进行对比，关注流量、压比发生变化的叶片排，检查马赫数、扩散因子、气流转折角等参数是否满足规范要求，如不满足则需重新进行设计；
64.计算出多涵道风扇重要工作设计点与主要工作设计点之间相关叶排的进出口气流角变化，以便在s2流场设计阶段就能掌握流量变化所导致的叶片攻角变化，进而在选择攻角、落后角时将不同工作设计点的流场特征都加以考虑，而不必等到验证时再进行这项工作，可以减小设计迭代的次数。
65.6、攻角和落后角优化
66.结合s1流面的基元叶型攻角特性计算，对可调叶片和工作状态改变的叶片的攻角和落后角选择进行优化，使这些叶片能够适应流量改变所引入的流场变化。
67.7设计输出
68.输出多涵道风扇主要工作设计点的s2流场计算结果，作为叶片造型的输入数据。
69.上述多涵道风扇s2流场设计方法，设计时对多涵道风扇主要工作设计点、多个重要工作设计点的s2流场进行设计，通过计算出重要工作设计点与主要工作设计点之间相关叶排的进出口气流角变化，为攻角和落后角选择提供依据，在设计阶段考虑多个工作设计点的设计要求，而不必在验证阶段考核是否满足设计要求，对于多工作设计点的设计有的放矢，提高了设计精度、效率，可极大缩短设计周期。
70.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。