伴随着推重比的不断提高,航空涡轮发动机对压气机部件气动性能的要求也愈来愈高。压气机必须在保持高效率和足够喘振裕度的前提下以更少的级数达到更高的压比,因此研制高负荷、高性能叶栅对提高压气机气动性能起着至关重要的作用。本文采用数值模拟方法,在保证整体性能参数不变的基础上,将某型单级高负荷跨声速风扇进行了改型设计,从中探讨弯扭掠叶片在高负荷跨声速风扇改型设计中的应用以及提高风扇气动性能的途径。为了获得较高的单级风扇设计指标,在单级风扇的设计基础上,保留静子或转子,在级的环境下,使用商业软件完成了倾、掠动叶片或端弯静叶片的匹配设计。在具有倾、掠动叶片的单级风扇中,由于充分利用了动叶片轴向掠和切向倾斜的设计特点并将两项技术进行了合理的综合,显著地改善了转子流场结构。对具有端弯静叶片单级风扇的三维数值模拟表明,应用端弯设计技术能够控制静叶片根部的压力场,从而减缓附面层沿流向的增厚;同时,在设计过程中能够调整叶片的叶型厚度分布和中弧线的折转规律,控制沿局部弦长的扩压速率,改善吸力面附面层的流动,并抑制附面层在吸力面可能出现的局部分离。本文还完成了动叶片掠、倾和静叶片弯、扭、掠各自由度之间的匹配设计。设计结果的数值模拟表明,这样设计的单级风扇由于有效地控制了转子内的激波和二次流结构,抑制了静子叶片吸力侧角隅内附面层的集聚、转捩与分离,改善了转、静子叶片的匹配关系,因此突破了单纯依靠转子叶片或静叶片设计所能达到的设计指标,在不降低喘振裕度的前提下,级效率显著提高。