增加减速比可以实现齿轮驱动风扇的转速变化。降低风扇转子转速,有利于降低风扇噪声和转子结构强度要求。应用一种大弯度低损失扩压叶型,进行大涵道比风扇转子气动设计,以降低风扇转子转速。由于该叶型弯度大,可实现超高载荷;构成的叶栅通道后部呈收敛状,可抑制附面层增厚,降低损失。风扇气动设计采用S1/S2两类流面设计方法,结合多点优化,所设计的超高载荷转子设计点效率为0.9644,级压比达到要求(1.35),级效率为0.9002、级喘振裕度46.19%。

以某常规负荷先进三级增压性能参数为基准，尝试采用一种大弯度低损失叶型，进行超高负荷单级增压气动设计。应用基于遗传算法的优化设计方法，以设计点性能为指标进行转静子三维叶片设计，进一步调整转子叶片积叠线规律以提升稳定工作裕度。数值模拟结果表明:以设计点参数为目标进行优化设计可实现设计点高性能;对此超高载荷转子，叶尖前掠使得转子叶片的载荷后移，叶片前缘载荷降低，可增加转子稳定工作攻角范围，有效提升增压级的裕度;与原始三级设计相比，大弯度设计的单级增压级可达到原设计的压比和稳定裕度，效率明显高于原设计，并且与过渡流道匹配较好，验证了设计方法的可行性。

对于齿轮驱动大涵道比涡扇发动机,载荷升高转速减小能够显著降低噪音。探究了载荷系数变化对大涵道比风扇气动噪声的影响。对设计完成的3款不同载荷的大涵道比风扇级进行了系统的声学特性分析。结果表明:无论是对于单转子还是风扇级,随着载荷系数的升高,噪声都逐步降低。超高载荷风扇转子的噪声与常规载荷风扇转子相比,降低了27.36dB;相应匹配上静子以后,整个风扇级的噪声降低了18.03dB。

叶型吸力面和压力面等熵马赫数分布符合控制扩散规律,则其设计点损失小、低损失攻角范围大。为了研究可控扩散叶型载荷分布对叶栅气动性能的影响,建立了可控扩散叶型自动优化设计方法;并对叶栅进口马赫数为0.7的静子和转子叶型进行多个载荷分布设计,分析载荷分布规律对叶栅性能的影响。结果表明:对于静子及转子叶型,载荷前移(至0.1倍相对轴向弦长位置)可抑制吸力面附面层发展,降低设计进气角损失、增大低损失攻角范围;吸力面峰值马赫数增大,吸力面靠前缘凸起程度越大,小攻角损失增加、最低损失对应进气角增大。研究表明载荷分布影响气流加速及扩压梯度大小,进而影响激波产生和附面层发展,导致全攻角范围内性能变化。

将遗传算法与流场正问题计算相结合，构造轴流风机叶型自动优化设计软件。利用遗传算法可并行特质，实现局域网多CPU并行优化，大幅度缩短寻优耗时。应用所研制的软件，对一低压轴流风机5个型面进行优化设计、沿径向积叠构成三维叶片，并运用NUMECA软件对设计叶轮进行数值验算。结果表明：优化叶轮基本达到给定压升、流量并具有较高的全压效率和较大的稳定工作裕度。