题目：轴流压气机掠叶片流动机理与设计应用研究

目前，在以高通流、高负荷、高效率为目标的风扇/压气机气动设计背景下，掠叶片作为能够有效满足上述要求的设计技术被广泛应用于轴流风扇/压气机的设计过程中。由于叶片内部三维流场的复杂性，掠叶片的作用机理特别是对叶片进口流场的影响，还没有被全面地解释清楚，并且过去大量定性的对比研究难以形成对掠叶片通流设计的有效指导。本文的研究工作围绕掠叶片对流动的影响机理及其设计应用过程展开，着重从降维的角度定量地分析掠对叶片进口流动的影响，并将其纳入到轴流压气机的通流设计过程中。

首先，从周向平均降维的角度，以掠叶栅和跨音转子叶片为研究对象，定量化比较、分析了掠对进口径向压力平衡方程中各项数值的影响，考虑了不同的掠角、叶片负荷、稠度、马赫数等设计参数的影响，结果表明叶片的掠改变了叶片进口的径向压力平衡特征，在新的径向压力梯度以及周向不均匀源项的综合作用下，子午流动曲率项发生了改变，进而诱发了轴向速度、径向速度等流动参数的展向分布和流体的径向迁移特征的改变，并直接导致了迎角的改变。

其次，在S2m流线曲率法设计问题中，打破了传统的叶片进口周向均匀流动的假设，建立了进口流动的物理与数学模型，并将其与Wennerstrom处理叶片力的方法相结合，应用于掠叶片的通流设计问题。将亚音掠转子的通流计算结果中的叶片进口子午速度、静压、展向速度梯度以及设计状态下的叶片迎角与三维数值模拟结果进行了细致的对比，讨论了不同的掠角以及叶片负荷等设计参数的影响。多个算例均表明采用了进口模型的流线曲率通流计算结果与CFD结果符合较好，相比原有的计算方法在计算精度上有本质的提升，能够定量反映出由于掠叶片的诱导而带来的对进口流动压力平衡的影响。将该进口模型应用到某跨音复合掠风扇转子的设计过程中，结果表明对于较为复杂的跨音掠转子，该模型仍展现了比原始设计方法更准确的、符合物理的结果，表明了本文发展的进口模型具有良好的准确性和适应性。

从降维方程的角度提出了掠对进口流动压力平衡影响的机理解释：S2m中心流面法中环量的空间导数项与周向平均法中的周向不均匀源项有着相似的物理意义，二者都在某种程度上表征周向平均压力梯度的强弱，通过中心流面或平均流面的流面角在径向影响压力平衡特征。

最后，完成了某小型发动机的高通流跨音风扇气动设计工作，详细介绍了该风扇关键设计参数的选择。利用三维数值模拟软件对该风扇进行了特性计算并分析了相关的流场参数，比较了进口流动模型对迎角的预测效果。在气动设计过程中，对风扇转子叶片应用了复合掠的设计技术，对风扇静子叶片综合应用了弯掠、端弯、倾等叶片造型技术，起到了较好的流动控制的效果。对于高通流跨音风扇，需要根据根、中、尖不同的来流条件及流动特点，采用更合理的展向功分布特征以及复合弯掠的三维叶片造型，配合合理的迎角选择，实现设计目标。