大涵道比渦扇發動機風扇轉靜干涉降噪研究

李旦望，夏燁

（1.中國航發商用航空發動機有限責任公司；2.上海商用飛機發動機工程技術研究中心，上海 201108）

對于現代使用的商用大涵道比渦扇發動機來說，對其總聲壓級貢獻最大的噪聲分量是風扇噪聲。風扇噪聲主要由轉靜干涉單音噪聲、風扇激波噪聲和寬頻噪聲等分量組成，其中轉靜干涉單音噪聲是其重要的組成部分。

本文基于三維升力面理論，研究某大涵道比渦扇發動機風扇部件的外涵OGV 后掠角變化、外涵OGV 弦長變化、以及外涵OGV 處管道輪轂比變化對風扇轉靜干涉單音噪聲前傳聲和后傳聲的影響，為該大涵道比渦扇發動機風扇部件的低噪聲設計提供了建議。

1 理論基礎

轉子尾跡與靜子葉片干涉的三維升力面理論的基本思想是建立葉片上質點振動速度無穿透的邊界條件，進而求得非定常載荷在管道內產生的聲場。

其基本假設有管道內流體可壓、無粘、等熵、均勻流動；葉片為平板，無厚度；亞音流動；擾動為小量等。

2 研究結果

2.1 外涵OGV 后掠角對轉靜干涉噪聲的影響

對于風扇轉靜干涉噪聲而言，通過傾斜外涵靜子設計，引入相位偏移，可以降低氣動聲源強度。

本節研究了風扇轉靜干涉噪聲隨外涵OGV 后掠角變化的影響，為某大涵道比渦扇發動機風扇部件在工程設計上兼顧氣動和聲學性能，優化選擇外涵OGV 后掠角，進行風扇轉靜干涉低噪聲設計提供參考。

圖1 為本文研究對象在某適航工況下，考慮工程實際，分析外涵OGV 后掠角在0 ～40°時，風扇轉靜干涉噪聲隨著后掠角變化，前后傳聲總聲壓級變化的趨勢。

圖1 外涵OGV 后掠角變化對風扇轉靜干涉噪聲的影響

由圖1 可見，在本節分析的后掠角區間內，隨著外涵OGV 后掠角增大，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲先減小后增大，而后傳聲呈現整體下降趨勢。

因此，對于前傳聲，存在一個最優的外涵OGV 后掠角，使得聲壓級最小，對于該研究對象，在某工況下的最優外涵OGV 后掠角為25°。而對于后傳聲，由于呈現整體下降趨勢，因此外涵OGV 后掠角越大，后傳聲聲壓級越小。

分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮，建議最優的外涵OGV 后掠角度選擇25°。

2.2 外涵OGV 弦長對轉靜干涉噪聲的影響

本節研究了風扇轉靜干涉噪聲隨外涵OGV 弦長變化的影響，為某大涵道比渦扇發動機風扇部件在工程設計上兼顧氣動和聲學性能，優化選擇外涵OGV 弦長，進行風扇轉靜干涉低噪聲設計提供參考。

圖2 為本文研究對象在某適航工況下，考慮工程實際，分析外涵OGV 弦長在0.1 ～0.4m 內，風扇轉靜干涉噪聲隨著弦長變化，前后傳聲總聲壓級變化的趨勢。

圖2 外涵OGV 弦長變化對風扇轉靜干涉噪聲的影響

由圖2 可見，在本節分析的弦長范圍內，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲聲隨弦長的變化呈現不同趨勢，而后傳聲呈現整體下降趨勢。

因此，對于前傳聲，存在一個最優外涵OGV 弦長，使得聲壓級最小。對于該研究對象，在某工況下的最優外涵OGV弦長為0.32m。而對于后傳聲，由于呈現整體下降趨勢，因此外涵OGV 弦長越長，后傳聲聲壓級越小。

分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮前后傳聲的綜合效果，建議最優的外涵OGV 弦長選擇0.32m。

2.3 外涵OGV 處管道輪轂比對轉靜干涉噪聲的影響

本節研究了風扇轉靜干涉噪聲隨外涵OGV 處管道輪轂比變化的影響，為某大涵道比渦扇發動機風扇部件在工程設計上兼顧氣動和聲學性能，優化選擇外涵OGV 處管道輪轂比，進行風扇轉靜干涉低噪聲設計提供參考。

圖3 為研究對象在某適航工況下，考慮工程實際，分析外涵OGV 處管道輪轂比在0.2 ～0.8 時，風扇轉靜干涉噪聲隨著輪轂比變化，前后傳聲總聲壓級變化的趨勢。

圖3 外涵OGV 處輪轂比變化對風扇轉靜干涉噪聲的影響

由圖3 可見，在本節分析的外涵OGV 處管道輪轂比范圍內，隨輪轂比的變大，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲先減小再增大后減小趨勢，而后傳聲呈現緩慢下降趨勢。

因此，對于前傳聲，存在一個最優輪轂比，使得聲壓級最小。對于該研究對象，在某工況下的最優輪轂比為0.25。而對于后傳聲，由于呈現緩慢下降趨勢，因此輪轂比越大，后傳聲聲壓級越小。

分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮前后傳聲的綜合效果，建議最優外涵OGV 處管道輪轂比選擇0.25。

3 結語

本文針對某大涵道比渦扇發動機風扇部件的低噪聲設計方法進行了一系列研究，包括外涵OGV 后掠角變化、外涵OGV 弦長變化以及外涵OGV 處管道輪轂比變化對風扇轉靜干涉單音噪聲前傳聲和后傳聲的影響，研究結果表明：

（1）隨著外涵OGV 后掠角的增大，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲先減小后增大，而后傳聲呈現整體下降趨勢。分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮，建議最優的外涵OGV 后掠角度選擇25°。

（2）隨著外涵OGV 弦長的增大，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲聲隨弦長的變化呈現不同趨勢，而后傳聲呈現整體下降趨勢。分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮前后傳聲的綜合效果，建議最優的外涵OGV 弦長選擇0.32m。

（3）隨外涵OGV 處管道輪轂比的變大，風扇轉靜干涉噪聲前傳聲先減小再增大后減小趨勢，而后傳聲呈現緩慢下降趨勢。分析前傳聲和后傳聲的趨勢，綜合考慮前后傳聲的綜合效果，建議最優外涵OGV 處管道輪轂比選擇0.25。

本文對于風扇部件低噪聲設計的方法進行了部分研究，結果表明這些風扇低噪聲設計方法均可以用于大涵道比渦扇發動機風扇部件的設計工作中，且具備一定收益。