● 摘要
小型航空燃气涡轮发动机是航空燃气涡轮发动机大家族中一组重要成员。性能先进的小型航空燃气涡轮发动机源于性能先进的发动机部件，其中压气机部件对发动机高的推力/重量比（功率/重量比）、低的燃油消耗率以及稳定性和安全可靠性起着重要作用。在小型航空燃气涡轮发动机的压气机部件中比较普遍采用的结构形式有小型轴流式压气机、小型离心式压气机以及二者相组合的压气机。开展高性能小型轴流压气机和小型离心压气机气动设计技术的研究对发展高性能小型航空燃气涡轮发动机具有重要意义。为满足XX-X中程、中高空无人机对XX-X涡轮喷气发动机更高性能的需求，进行了旨在提高其轴流压气机性能的改进气动设计。某些先进的轴流压气机气动设计理念被运用于一个单级跨音速轴流压气机转子的气动设计。计算表明，改进设计后的一级压气机的加功系数、增压比和绝热效率分别提高了17.6%、7.9%和7.7%。改进后的涡轮喷气发动机整机性能试验表明，在较宽广的转速范围内，串装了改进设计一级压气机转子的发动机的燃油消耗率降低了5%～6%。在离心式压气机方面，从基本的物理概念和一维流的基本气动热力方程出发，经过简单的数学推导，得到了关于离心叶轮的一个方程，该方程建立了离心叶轮流道某些几何参数与气动物理参数之间的一维函数关系。曾将此方程运用到一台小流量、高压比的工业离心压气机组中的三个离心叶轮的气动设计，使该方程受到了工程实践的检验。事后用全三维粘性计算流体力学软件对所设计的三个离心叶轮进行了数值模拟，从所获得的离心叶轮内部流场信息来看，离心叶轮流道中的流动参数的变化，与用该方程所得到的参数基本相符。此外，用数值方法研究了离心压气机导风轮轮罩附面层吸除措施对离心压气机性能的影响。通过数值试验，初步寻找到了能有效排除导风轮叶尖间隙内的低能量气团的实用参数，使离心压气机的性能在原有的基础上得到进一步的改善，较大幅度地扩大了离心压气机的气动稳定性裕度。