低反力度静子吸附式压气机设计理念为高负荷压气机气动设计提供了新的思路,在给定叶尖切线速度下,应用低反力度设计理念能够显著地提升压气机的气动承载能力。针对推重比为15及以上的航空发动机压气机,本课题应用理论分析结合数值模拟的方法,对低反力度压气机气动设计方法及其内部流动特点展开了深入探讨。具体研究内容如下。结合一单级高负荷压气机的一维气动设计,分析了反力度与轴向速比选取对转、静子关键气动参数的影响,进一步探讨了两种低反力度设计思想的差异,并将轴向加速设计理念拓展到无抽吸级中,实现了设计矛盾在级间的转移。在此基础上,应用低反力度设计理念,完成了一台三级高负荷吸附式压气机气动设计工作。针对关键设计参数的选取以及吸附式静子设计方法给出较为详细的阐述。同时,针对多级低反力度压气机开展了变转速特性研究。数值计算结果表明,三级低反力度压气机实现了既定设计目标。在叶尖切线速度为356m/s,通流效率不低于87%的情况下,设计工况点处的总压比达到了6。首、末两级抽吸级的载荷系数分别为0.782与0.55,中间无抽吸级的载荷系数也达到了0.54。借助流场分析发现,本文设计的多级低反力度压气机具有较优的变工况性能,且通流性能随转速的降低有所提升。在近失速点处,通过适当地提升首级吸附式静子上端壁槽道的抽吸量,可以推迟多级低反力度压气机失速的触发。为了探究是否需要对叶尖间隙进行密封处理,研究了不同尺寸间隙对首级低反力度跨声速转子气动性能的影响。分析了不同间隙下转子内的流场结构以及堵塞情况。借助非定常数值模拟揭示了零间隙下转子失速的机制。结合轴向动量系数、耗散函数以及不同的旋涡识别方法对变间隙下叶尖泄漏涡的发展进行了详细地研究。研究结果表明,不同间隙下,转子的失速机制不同。与零间隙相比,间隙泄漏流动的存在能够扩大转子的工作范围,但当间隙尺寸较大时,叶尖泄漏涡发生了局部破碎,导致转子的气动性能与可用工作范围降低。为了控制大尺寸间隙下的间隙泄漏流动,将叶片周向弯曲引入到了转子中。研究发现,采用叶片周向反弯能够减弱间隙泄漏流动,降低转子气动性能以及工作范围对叶尖间隙变化的敏感性,而正弯叶片的作用效果却正好相反。针对末级静子叶片尺寸小,在其内部开设抽吸腔室困难的问题,提出了串列叶柵结合端壁附面层抽吸的联合流动控制技术。设计理念为通过串列叶柵控制主流区二维叶型分离流动,而应用端壁附面层抽吸技术抑制角区失速。对联合流动控制技术的具体实施方法进行了深入探讨,分析了前、后叶柵负荷分配对静子损失特性的影响,同时考察了联合流动控制技术的变工况适用性。研究表明,通过应用较少的抽吸量,基于联合流动控制技术设计的静子在0°冲角下的扩压因子达到了0.665,且具有较为宽广的可用冲角范围。当合理地构造串列叶柵时,端壁附面层抽吸仅需要放置在前列叶柵吸力面角区内。为了进一步提升联合流动控制技术的有效性,将非轴对称端壁造型技术引入到了末级静子中。应用非均匀有理B样条曲面对端壁进行参数化造型,采用多点优化策略以降低静子的气动损失。优化结果表明,通过结合端壁造型技术,低负荷工况下后列叶柵角区分离流动获得了有效地抑制,但前列叶柵角区流动在大正冲角下有所恶化。结合附面层抽吸量的分布特点,进一步对端壁抽吸流路进行了改型设计,有效地消弱了端壁造型在大正冲角下引发的不利影响。最后,将联合流动控制技术应用到了末级静子中,在级环境验证了其有效性。为了探讨基于定常设计的低反力度压气机在非定常条件下是否仍能够满足设计要求,在计及吸力面抽吸流路的情况下,以首级低反力度超声速级作为研究对象,针对近设计以及一小流量工况点进行了非定常数值模拟。重点考察了静子外伸激波与转子间的干涉作用,同时分析了尾迹扫掠对吸附式静子附面层发展以及抽吸量分布的影响。研究结果表明,虽然气动性能略有降低,但转静干涉下,首级低反力度压气机仍具有较高的通流效率且出口参数波动幅度很小。最后,总结了转静干涉下首级超声速低反力度压气机气动性能降低的原因,并从非定常视角出发,对吸附式压气机气动设计提出了改进方向。