风扇部件性能退化及其对整机性能影响研究

本文对发动机风扇部件性能衰退的诱因进行分析，得到导叶调整不到位和叶片粗糙度增大是影响风扇性能退化的两个关键因素。通过流场仿真技术研究了两种因素对性能参数的影响，以及特性曲线的变化。并以建立的发动机稳态模型为基础，通过修改风扇特性曲线，研究了风扇性能退化后对发动机整机性能的变化。可以为风扇性能及整机衰退研究提供参考。

风扇作为涡轮风扇发动机对空气压缩的核心部件之一， 工作环境恶劣， 承受的热载荷和压力载荷巨大， 同时性能好坏直接影响到发动机的工作状态和整机性能。

因其首先是接触大气的发动机部件， 腐蚀、积垢、叶型变化等因素都可能引起风扇性能变化。研究风扇性能对于发动机整机性能研究具有重要的意义。

国内外学者在此方面做了大量的工作。在研究风扇性能方面，J.R. Bredell，G.D. Thiart [1]针对风扇进气流量对风扇性能的影响， 利用计算流体力学的方法， 对海平面高度的两种不同类型的轴流式风扇进行了数值模拟流场仿真。郑赟[2]为了研究跨声速风扇叶片变形对气动性能的影响，以跨声速风扇Rotor 67 转子叶片在气动载荷下的变形为例，分析了叶片变形对风扇气动性能变化的影响。张露[3]研究叶顶间隙变化对某型轴流风扇性能影响进行了数值模拟。按相对间隙取值，叶顶间隙大小分别为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%， 通过对计算结果的对比分析，研究叶顶间隙变化对风扇性能的影响。在发动机性能计算方面，李志刚[4]考虑了现代多用途战斗机的变循环发动机， 认为实现变几何调节是其发挥性能优势的关键。

并利用建立的发动机稳态性能计算程序，计算了变几何部件对发动机性能的影响。赵强[5]针对自由涡轮式发动机的稳态特性， 建立了基于部件法的涡轴发动机稳态特性计算模型，同时求解了稳态特性计算模型的非线性共同工作方程组， 并以某涡轴发动机为例， 计算了使用限制时的最大状态特性和不同高度下的节流特性。

但大部分通过数值计算(尤其CFD 技术)，分析叶轮及其部件结构变化影响性能的工作，在处理风扇结构变化以及外部形貌表征的方法与手段并不完善；同时， 风扇性能衰退的机理分析针对性不强， 规律总结不足。

本文在此基础上， 对发动机的风扇部件性能衰退的诱因进行分析， 通过流场仿真技术研究了导叶调整不到位和叶片粗糙度增大两种因素对性能参数的影响， 以及特性曲线的变化规律。

并以建立的发动机稳态模型为基础， 通过修改风扇特性曲线，研究了风扇性能退化后对发动机整机性能的变化，定量计算了性能衰退程度。

2. 风扇性能退化诱因分析 发动机长期使用后发现，风扇可调叶片微弧氧化层脱落，并有局部鼓包现象，会引起叶片腐蚀情况加剧，导致叶片粗糙度的增大，风扇导叶角度较正常值偏小0.5˚~1˚。导叶角度关小将可能影响风扇流通能力、部件增压比和部件效率，并进一步引起发动机的性能变化。这些因素对风扇性能的影响较明显。

由材料环境适应性试验可知，随着暴露时间的增加，金属表面出现的腐蚀情况愈加严重，使金属粗糙度逐渐增大，对风扇性能的影响较明显。盐分在钛合金材料表面的沉积量也随时间增加而增大，通过清洗装置可有效防止风扇叶片的盐沉积量，因此盐分沉积对风扇性能的影响不显著。