发动机紧凑性、重量和效率对现代直升机用涡轴发动机至关重要。单级高压比离心压气机具有结构简单、紧凑的特点,因此在发动机压缩系统中通常被选用。采用该压气机的难点在于其稳定工作范围随着压比的提升而显著下降。因此,必须采用额外的设计方法拓宽压气机的稳定工作范围。本文通过计算流体力学仿真分别研究了可变进口导叶(VIGV)和机匣处理(CT)两种扩稳技术。对于可变进口导叶技术,本文研究了从-20°至+20°的5个不同安装角。在100%转速工况,-10°安装角具有非常好的特性,其最高压比由8.03提升至8.28,稳定工作范围由4.1%提升至6.8%,堵塞流量由2.68kg/s提升至2.75kg/s,但最高效率由79.6%略微下降至78.3%。采用-20°安装角并不能继续增强现有收益。当安装角逐渐增大时,稳定工作范围急剧下降,压气机工作线移动至低流量区。在部分转速工况(90%、80%),变安装角对稳定工作范围的影响非常小,但压气机效率随着安装角由负值增大为正值而增大。对于机匣处理技术,本文对机匣几何的5个参数进行了参数化研究,共研究了 20个不同的设计方案。在100%转速工况下,结果显示机匣上游通道宽度是最重要的参数,且最小宽度值设计具有最佳性能。该设计相对于原型提升了稳定工作范围约225%,绝对范围由4.4%提升至9.9%,但效率由79.9%损失为78.4%。该设计不仅具有最佳范围,其效率也相对其它设计更高。由于该转速工况下失速发生在扩压器而非叶轮,机匣处理技术对范围的提升潜力有限。机匣下游通道位置和宽度是部分转速工况下最重要的两个参数。在90%转速工况下,由于此时失速发生在叶轮叶尖处,机匣处理具有相对最好的扩稳作用。当机匣下游通道宽度为5.4mm时,压气机范围由10.3%提升至17.6%,其效率仅略有损失。机匣下游通道位置越靠近叶片前缘其效率越高,且最高效率与原型相当。在80%转速工况下,由于失速发生在叶轮中间叶高处,机匣处理的扩稳作用最为有限。结果显示,采用机匣处理能将工作效率由77.2%有效提升至79.1%,但其工作范围甚至比不采用机匣处理略有下降。机匣下游通道最靠近叶片前缘、通道宽度最宽是该工况下的最佳设计。总而言之,本文研究了两大扩稳技术在不同转速工况下对压气机性能的影响,并对其背后的工作机理进行了详细讨论。本文为高压比离心压气机中采用上述两大扩稳技术提供了指南。