高速螺旋桨桨叶掠度对跨声速流动特性影响研究

【作者】 葛云松； 刘沛清； 胡天翔； 屈秋林；

【机构】 北京航空航天大学航空科学与工程学院陆士嘉实验室；

【摘要】 涡轮螺旋桨发动机比喷气发动机具有更高的效率,但早期只适用于低速领域,自80年代起,先进高速涡轮螺旋桨的桨叶设计通过优化其几何外形,在0.7Ma高速巡航时的效率被提升至了80%以上,使得涡桨动力飞机巡航速度实现提升。空气螺旋桨桨叶的气动设计基于工程经验设计方法通过调整桨叶不同径向位置实现截面叶素气动特性相应的调整,从而改善桨叶的总体性能。在高速螺旋桨的噪声问题上,通常使用大后掠的叶片造型来降低桨叶的气动噪声。但加大后掠的设计会导致桨叶出现三维流动结构,使得其偏离预期的气动特性,尤其是高速螺旋桨在巡航时由于较高的来流速度和旋转速度,桨尖区域出现超声速流动,而桨尖的超声速流动区域在提高拉力的同时也会导致推进效率下降,此外噪声也随之提升。本文采用数值模拟和风洞实验的方法,通过对基准桨叶的后掠参数进行调整,探究在高速工况下,桨叶前掠或后掠的程度对气动力和噪声特性的影响规律。研究发现,由于后掠导致的拉力提升以往认为是由于桨叶面积或实度的变化引起的,但在相同掠度的前掠构型下,并没有形成与后掠相似的气动力变化规律。前掠增加会导致拉力下降,效率提升,超声速区域明显小于后掠构型。因此,桨叶的气动特性与由前掠/后掠导致的三维流动特性密切相关,一方面影响了桨尖超声速区域的大小,此外还导致了拉力和推进效率的显著差异。更多还原