栾宝奇 曹富智 董志忠 陆 岩 佟宝仪

（1.中车大连机车车辆有限公司；2.沈阳市沈飞专用设备厂）

0 引言

机车冷却风扇材质长期以来一直以金属材料为主，金属材料因具有硬度大、变形小、屈服强度高等特点被长期使用。但它也存在诸多不利因素，如阻尼性能较差，可能导致振动引发的噪声问题；质量大，容易引起传动轴的振动而产生噪声；容易出现空泡腐蚀和诱发疲劳裂纹现象等。

为了提升现有机车冷却风扇的性能，我公司于2015年开始以HXN3型机车铸铝冷却风扇为原型，研究碳纤维复合材料在机车冷却风扇上的应用。经过了几年的研制工作，碳纤维冷却风扇在地面试验、装车试验和运用考核中都体现出了明显的性能优势。

1 风扇设计方法简述

传统机车冷却风扇的设计采用叶栅理论及二维假设方法[1]，该方法的特点是简单、快速；缺点是偏差较大，对风扇的气动性能，尤其是对整体效率无法准确计算，只能借助工程经验进行估算。

在碳纤维冷却风扇的设计阶段采用了设计、建模、优化三维一体的设计方法。风扇设计流程如图1所示。

图1 冷却风扇设计流程图Fig.1 The design process for cooling fan

设计过程中以叶轮初步设计外形或基础叶轮外形为基础，进行优化和参数化设计。优化参数主要包括：基础翼型，安装角，各个剖面的扭转角、弦长、后掠角以及局部加厚系数。参数化设计的主要特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关的尺寸驱动的设计修改。

经过系列典型参数叶轮计算结果，采用模糊逻辑建模方法，建立出风扇性能与风扇参数的数学模型，基于此数学模型，构建出符合设计要求的风扇参数，然后进行CFD模拟验证[2]，确定风扇各项参数满足设计要求，最后进行样机的试验验证。……