大涵道比涡扇发动机风扇转静干涉降噪研究

李旦望，夏烨

（1.中国航发商用航空发动机有限责任公司；2.上海商用飞机发动机工程技术研究中心，上海 201108）

对于现代使用的商用大涵道比涡扇发动机来说，对其总声压级贡献最大的噪声分量是风扇噪声。风扇噪声主要由转静干涉单音噪声、风扇激波噪声和宽频噪声等分量组成，其中转静干涉单音噪声是其重要的组成部分。

本文基于三维升力面理论，研究某大涵道比涡扇发动机风扇部件的外涵OGV 后掠角变化、外涵OGV 弦长变化、以及外涵OGV 处管道轮毂比变化对风扇转静干涉单音噪声前传声和后传声的影响，为该大涵道比涡扇发动机风扇部件的低噪声设计提供了建议。

1 理论基础

转子尾迹与静子叶片干涉的三维升力面理论的基本思想是建立叶片上质点振动速度无穿透的边界条件，进而求得非定常载荷在管道内产生的声场。

其基本假设有管道内流体可压、无粘、等熵、均匀流动；叶片为平板，无厚度；亚音流动；扰动为小量等。

2 研究结果

2.1 外涵OGV 后掠角对转静干涉噪声的影响

对于风扇转静干涉噪声而言，通过倾斜外涵静子设计，引入相位偏移，可以降低气动声源强度。

本节研究了风扇转静干涉噪声随外涵OGV 后掠角变化的影响，为某大涵道比涡扇发动机风扇部件在工程设计上兼顾气动和声学性能，优化选择外涵OGV 后掠角，进行风扇转静干涉低噪声设计提供参考。

图1 为本文研究对象在某适航工况下，考虑工程实际，分析外涵OGV 后掠角在0 ～40°时，风扇转静干涉噪声随着后掠角变化，前后传声总声压级变化的趋势。

图1 外涵OGV 后掠角变化对风扇转静干涉噪声的影响

由图1 可见，在本节分析的后掠角区间内，随着外涵OGV 后掠角增大，风扇转静干涉噪声前传声先减小后增大，而后传声呈现整体下降趋势。

因此，对于前传声，存在一个最优的外涵OGV 后掠角，使得声压级最小，对于该研究对象，在某工况下的最优外涵OGV 后掠角为25°。而对于后传声，由于呈现整体下降趋势，因此外涵OGV 后掠角越大，后传声声压级越小。

分析前传声和后传声的趋势，综合考虑，建议最优的外涵OGV 后掠角度选择25°。

2.2 外涵OGV 弦长对转静干涉噪声的影响

本节研究了风扇转静干涉噪声随外涵OGV 弦长变化的影响，为某大涵道比涡扇发动机风扇部件在工程设计上兼顾气动和声学性能，优化选择外涵OGV 弦长，进行风扇转静干涉低噪声设计提供参考。

图2 为本文研究对象在某适航工况下，考虑工程实际，分析外涵OGV 弦长在0.1 ～0.4m 内，风扇转静干涉噪声随着弦长变化，前后传声总声压级变化的趋势。

图2 外涵OGV 弦长变化对风扇转静干涉噪声的影响

由图2 可见，在本节分析的弦长范围内，风扇转静干涉噪声前传声声随弦长的变化呈现不同趋势，而后传声呈现整体下降趋势。

因此，对于前传声，存在一个最优外涵OGV 弦长，使得声压级最小。对于该研究对象，在某工况下的最优外涵OGV弦长为0.32m。而对于后传声，由于呈现整体下降趋势，因此外涵OGV 弦长越长，后传声声压级越小。

分析前传声和后传声的趋势，综合考虑前后传声的综合效果，建议最优的外涵OGV 弦长选择0.32m。

2.3 外涵OGV 处管道轮毂比对转静干涉噪声的影响

本节研究了风扇转静干涉噪声随外涵OGV 处管道轮毂比变化的影响，为某大涵道比涡扇发动机风扇部件在工程设计上兼顾气动和声学性能，优化选择外涵OGV 处管道轮毂比，进行风扇转静干涉低噪声设计提供参考。

图3 为研究对象在某适航工况下，考虑工程实际，分析外涵OGV 处管道轮毂比在0.2 ～0.8 时，风扇转静干涉噪声随着轮毂比变化，前后传声总声压级变化的趋势。

图3 外涵OGV 处轮毂比变化对风扇转静干涉噪声的影响

由图3 可见，在本节分析的外涵OGV 处管道轮毂比范围内，随轮毂比的变大，风扇转静干涉噪声前传声先减小再增大后减小趋势，而后传声呈现缓慢下降趋势。

因此，对于前传声，存在一个最优轮毂比，使得声压级最小。对于该研究对象，在某工况下的最优轮毂比为0.25。而对于后传声，由于呈现缓慢下降趋势，因此轮毂比越大，后传声声压级越小。

分析前传声和后传声的趋势，综合考虑前后传声的综合效果，建议最优外涵OGV 处管道轮毂比选择0.25。

3 结语

本文针对某大涵道比涡扇发动机风扇部件的低噪声设计方法进行了一系列研究，包括外涵OGV 后掠角变化、外涵OGV 弦长变化以及外涵OGV 处管道轮毂比变化对风扇转静干涉单音噪声前传声和后传声的影响，研究结果表明：

（1）随着外涵OGV 后掠角的增大，风扇转静干涉噪声前传声先减小后增大，而后传声呈现整体下降趋势。分析前传声和后传声的趋势，综合考虑，建议最优的外涵OGV 后掠角度选择25°。

（2）随着外涵OGV 弦长的增大，风扇转静干涉噪声前传声声随弦长的变化呈现不同趋势，而后传声呈现整体下降趋势。分析前传声和后传声的趋势，综合考虑前后传声的综合效果，建议最优的外涵OGV 弦长选择0.32m。

（3）随外涵OGV 处管道轮毂比的变大，风扇转静干涉噪声前传声先减小再增大后减小趋势，而后传声呈现缓慢下降趋势。分析前传声和后传声的趋势，综合考虑前后传声的综合效果，建议最优外涵OGV 处管道轮毂比选择0.25。

本文对于风扇部件低噪声设计的方法进行了部分研究，结果表明这些风扇低噪声设计方法均可以用于大涵道比涡扇发动机风扇部件的设计工作中，且具备一定收益。