高负荷风扇级环境下叶片反问题设计

曹志鹏，尹红顺，夏 天，黄雄武，张 旭

(中国燃气涡轮研究院，四川 成都 610500)

1 引言

叶片反问题设计技术是实现风扇高效、高负荷的一种新技术手段。叶片三维反问题设计有两项关键技术：一是反问题设计方法，二是目标压力载荷选取规律。

风扇/压气机叶片三维反问题设计方法主要分为两类。一类是直接解法，根据给定的叶片表面压力分布求解无粘欧拉方程来直接修改叶型，粘性效应通过彻体力及壁面函数计算的剪切力来考虑。另一类是数值优化法，典型的有两种：一种是将优化目标定义为给定的叶片表面压力分布，采用三维粘性CFD与数值优化相结合的方式获得反问题解；另一种是三维/准三维耦合的反问题方法，即采用三维粘性CFD作为流场求解器，利用准三维方法(在S2面上求解周向平均流场)作为反问题求解器，耦合两者各自优点的迭代方法。三维/准三维耦合求解策略的优点在于：对于给定的叶片压力/速度环量或负荷分布，可改变叶片叶型、叶片积叠规律及流道获得反问题解，且计算量相对较小，工程适用性较好。

叶片反问题设计中的载荷分布与叶片通道内的流动参数(压力、速度等)直接相关，决定了叶片通道内的激波结构。与叶片正问题设计方法相比，反问题直接关注与损失相关的压力载荷分布，能合理组织激波结构，对高进口马赫数、高负荷的叶型设计适应能力更强。

本文基于叶片三维反问题设计思想，发展了适用于级环境下高负荷风扇的叶片反问题设计程序。……