涡轮是航空发动机的最重要部件之一，其作用是将燃料的热能转化为涡轮的机械功，而涡轮叶片作为发动机的关键部件。需要在高温、高压等及其恶劣的环境下高速旋转，其表面的气流非常复杂，因此，涡轮叶片设计优化的程度将直接影响航空涡轮发动机的性能[1]。

风扇叶片是喷气式发动机最重要的零部件，涡扇发动机是目前航空航天领域最为先进的发动机[2]。涡扇发动机作为飞机的心脏，是决定飞机性能的主要因素之一。随着技术的进步和新型材料的研发，涡扇发动机叶片形状日趋复杂，提高涡扇发动机叶片的工作压力和降低生产成本以成为当前提高涡扇发动机性能的主要任务[3]。

随着科技的发展和技术的进步，涡轮发动机的性能要求越来越高。因此，其叶片的设计及优化也越来越重要。

目前，在世界范围内仅有英、美两国掌握了一流水平航空发动机制造技术，这是一个真正的垄断行业，航空发动机被誉为工业之花，人类工业皇冠上的明珠。[4-7]用超塑成形/扩散连接组合工艺制程的风扇叶片，即罗.罗公司的第二代宽弦无凸台风扇叶片，它的芯部用建筑物上常用的三角形衍架结构取代了第一带宽弦无凸台风扇叶片的蜂窝芯板。这种三角形衍架结构不仅轻，而且能参与承力，每片叶片重量比蜂窝芯风扇叶少15%。这种风扇叶片已用于A330和波音777飞机的瑞达发动机上。该发动机风扇转子直径为2794mm，风扇叶片速度为457m/s，每个叶片重9kg，气动设计和制造技术均处于当今世界先进水平。[8-11]

中国航空发动机叶片目前还缺乏有效的测量手段，通过原理创新，解决叶片精度检测并找到可行的办法是我国当前迫切需要解决的问题。[12-14]国内很多学者和机构已经在叶片测量领域开展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。[15]建国以来，我国的航空航天行业从无到有，由小到大，在叶片测量，改型改进等方面取得了诸多成就，新型研制和预先研究也取得一定进展，共生产了近6万台各型发动机，在一定程度上满足了军用和民用的航空需求，为国家发展做出了重大贡献。[16-19]

本文以未来飞机发动机的叶片技术发展为目标，分析发动机叶片设计的技术特点，根据涡轮发动机的原理，设计发动机叶片，然后利用COMSOL多物理场仿真软件，基于空气动力学以及流体力学等理论，完成对发动机叶片截面的设计及优化。

2. 研究的基本内容与方案

涡轮发动机中压气机分多级，叶片每一级所在的位置，工作时的压强是不一样的，为了达到发动机所需要的工作压力，必须多级加压，逐渐增强。涡轮内动、静叶片一圈一圈交错排布，涡轮做工时带动前面的压气机的动叶片旋转，达到压缩空气的目的[20-21]。本设计以未来发动机叶片技术发展为目标，分析发动机叶片设计的技术特点，根据涡轮发动机的原理，设计发动机叶片，然后利用COMSOL多物理场仿真软件，基于空气动力学以及流体力学等理论，完成对发动机叶片截面的设计及优化。具体的技术路线如下：

（1）参阅与涡轮发动机工作原理和研究现状相关的文献，加深自身对涡轮发动机的了解。

（2）对涡轮发动机的叶片部分进行深入学习，阅读相关书籍和论文，加深对涡轮发动机叶片的认知，了解涡轮发动机叶片设计及优化的相关知识。

（3）学习涡轮发动机叶片的具体参数的设计计算，并学习CAD，COMSOL等相关软件。