Characteristics of a tandem grid fan impeller of a turbofan engine

Дисертаційну роботу присвячено вирішенню науково-прикладної задачі підвищення ефективності дворядних лопаткових вінців вентиляторів двоконтурних турбореактивних двигунів шляхом застосування решітчастих дворядних робочих коліс. Вперше отримано характеристики решітчастого дворядного робочого колеса вентилятора ТРДД методом чисельного експерименту. Показано, що застосування решітчастих дворядних РК забезпечує підвищення ефективності вентилятора, збільшує його напірність. Ступінь підвищення тиску в діапазоні режимів обертання ротору від 2202…3010 об/хв збільшується до 10 % в порівнянні з дворядним РК. Представлено дослідження частотних характеристик власних коливань однорядної, еквівалентної дворядної та решітчастих дворядних лопаток робочих коліс вентилятора ТРДД. Показано, що застосування дворядних лопаток у дослідженому вентиляторі без перегородок недопустимо у зв’язку з наявністю власних форм коливань, де відбувається перетинання лопаток першого і другого ряду. Показано, що застосування решітчастих дворядних робочих лопаток дозволяє покращити жорсткість та забезпечити надійну роботу вентилятора. Удосконалено методику вибору параметрів решітчастого дворядного робочого колеса вентилятора ТРДД з урахуванням спектру частот власних коливань. Отримала подальший розвиток теорія дворядних лопаткових вінців в частині дослідження решітчастих дворядних лопаткових вінців з великим подовженням.The thesis is devoted to solving the scientific and applied problem of increasing the efficiency of tandem blade rows of fans of turbofan engines by using grid tandem impellers. For the first time, the characteristics of a grid tandem impeller are obtained by the method of numerical experiment. It is shown that the use of grid tandem impellers provides an increase in the efficiency of the fan, increases its loading. The pressure ratio increases in the range of rotor rotation speed from 2202 ... 3010 rpm increases up to 10 % compared to a tandem impellers. Investigations of the frequency characteristics of natural vibrations of a singlerow, equivalent to tandem row and grid tandem blades of the turbofan engine fan impellers are presented. It is shown that the use of tandem blades in the investigated fan without partitions is unacceptable due to the presence of natural vibration modes, in which the blades of the first and second rows intersect. It is shown that the use of grid tandem rotor blades improves rigidity and ensures reliable operation of the fan. The technique for selecting the parameters of a grid tandem turbofan engine fan impeller has been improved, taking into account the spectrum of natural vibration frequencies. The theory of tandem blade rows was further developed in terms of the study of grid tandem blade rows with a large elongation

Визначення закономірностей впливу кількості лопатей закапотованого і відкритого гвинтовентилятора на тягу гвинтовентилятора

The efficiency of an aircraft engine is estimated by many parameters, one of which is the thrust force. Improving the efficiency of aircraft engines is an important task for engine building. However, questions remain regarding the effect of the number of blades on the change in the thrust of the ducted and unducted fans. In this work, the object of study is a propfan. 3 variants of the propfan with 8, 10, and 12 blades were investigated. The study was conducted by the method of numerical experiment. The aim of the work was to compile recommendations for choosing the number of blades in the ducted and unducted fans for motors with an ultra-high bypass ratio. That could make it possible to improve the efficiency of an aircraft engine with a propfan. Studies have shown that the number of blades in a propfan significantly affects the thrust force that it creates, as well as efficiency. With an increase in the blades of the ducted fan from 8 to 12, the thrust force increases to 38 %. With an increase in the blades of the propfan from 8 to 12, the thrust force increases to 36.9 %. An increase in the blades from 8 to 12 in the ducted fan leads to an increase in its performance, thereby improving efficiency by 2.4–5.7 %. When flowing around a propfan, it is possible to note the peculiarity that occurs when all three variants are streamlined – vortex traces of the blades in the peripheral parts. Visualization of current lines when flowing around an unducted fan with 8, 10, and 12 blades demonstrates a similar flow character. On the periphery, there are zones of higher speed but there are no zones with eddy formations. The resulting regularities of the influence of the number of blades on a change in the thrust of the ducted and unducted fans could improve the efficiency of the aviation power plant with an engine whose bypass ratio is ultra-high.Ефективність авіаційного двигуна оцінюється багатьма параметрами, одним із яких є сила тяги. Підвищення ефективності авіаційних двигунів є важливою проблемою двигунобудування. Залишаються до кінця не визначеними питання щодо впливу кількості лопатей на зміну тяги закапотованого і відкритого гвинтовентилятора. В роботі об’єктом дослідження є гвинтовентилятор. Досліджувалось 3 варіанти гвинтовентилятора з 8, 10 та 12 лопатями. Дослідження проводилось методом чисельного експерименту. Метою роботи є розробка рекомендацій щодо вибору кількості лопатей закапотованого і відкритого гвинтовентилятора для двигунів з надвеликим ступенем двоконтурності. Це дасть можливість підвищити ефективність авіаційного двигуна з гвинтовентилятором. Проведені дослідження показали, що кількість лопатей гвинтовентилятора суттєвого впливає на силу тяги, що він створює, та ККД. При збільшенні лопатей закапотованого гвинтовентилятора з 8 до 12 сила тяги зростає до 38 %. При збільшенні лопатей відкритого гвинтовентилятора з 8 до 12 сила тяги зростає до 36,9 %. Збільшення лопатей з 8 до 12 в закапотованому гвинтовентиляторі приводить до підвищення ефективності гвинтовентилятора, ККД зростає на 2,4–5,7 %. При обтіканні відкритого гвинтовентилятора можна відмітити особливість, що має місце при обтіканні всіх трьох досліджуваних варіантів – вихрові сліди за лопатями в периферійній частин. Візуалізація ліній току при обтіканні закапотованого гвинтовентилятора з 8, 10 та 12 лопатями має схожий характер обтікання. На периферії наявні зони підвищеної швидкості, однак при цьому не спостерігається зон з вихроутвореннями. Отримані закономірності впливу кількості лопатей на зміну тяги закапотованого і відкритого гвинтовентилятора дозволять підвищити ефективність авіаційної силової установки з двигуном з надвеликим ступенем двоконтурност