微型涡喷发动机具有推重比大、能量利用率高和成本低的优势,作为其核心动力部件的微型涡轮,则需要具有高效率、高通流能力、质量轻等特点。但是随着尺寸的缩小,微型化效应的影响使得微型轴流涡轮损失显著增加,损失结构比重发生明显变化,使得微型涡轮效率远远低于常规涡轮,其中二次流损失显著增加并占据总损失主要地位。因此,本文以降低微型轴流涡轮二次流损失为主要目的,以某微型涡喷发动机涡轮部件为基础,利用计算流体动力学(CFD)软件CFX14.0对涡轮的流场进行了全三维计算,湍流模型采用带转捩SST(shear stress transport)的N-S(Navier-Stokes)方程模型,然后开展了微型轴流涡轮弯、掠叶型和后加载叶型设计技术研究,也对其组合设计方法做了探索,最终确定了该涡轮的优化方案。本文主要研究内容主要包括:1、开展了微型轴流涡轮静叶弯叶型设计技术研究,在原型直叶片的基础上保证叶片的翼型不变,改变叶型的积叠线,设计了几种弯叶片方案:弯高为h/2不变,弯角分别为10°、20°、30°的对称弯和弯角为20°的“J”型弯。通过对弯叶片流场和整级涡轮性能的分析证明,弯叶片能够改变涡轮内部流场压力分布,使其呈“C”型压力分布,从而增加叶根处静叶出口的气流角,减小叶尖处静叶出口的气流角,这不但使涡轮叶片的气动负荷有所降低,同时也增大了气流的做功能力。2、开展了微型轴流涡轮静叶掠叶型设计技术研究,首先对此静叶流场进行分析,进而结合掠叶型技术对流场的作用机理,最后确定对叶片两端进行掠的处理。通过对比不同掠的形式对静叶通道流场的影响,确定了适合此叶轮的掠形式。同时分析了不同掠角(-30°,-20°-10°,10°,20°,30°)以及不同掠高(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)对涡轮静子通道二次流动损失以及下游流动的影响。结果表明,随着后掠掠角的增加,根部端壁区改善效果越明显。而通道中部损失则呈增加趋势,当掠角超过20°时损失增加幅度快于叶根的改善幅度。对于掠高,其作用效果与掠角类似。最终,通过以上研究结果确定了适合此涡轮级的最佳后掠掠叶型为后掠掠角20°,掠高0.5。3、开展了微型轴流涡轮静子后加载叶型设计技术研究,研究了叶型厚度分布和中弧线周向弦长对叶型载荷分布、二次流动以及叶轮性能的影响。研究结果表明:中弧线是影响载荷分布的最主要因素,随着中弧线弦长的减小,载荷重心逐渐后移,二次流动强度被削弱,流动总损失得到降低;叶型厚度分布则起到辅助中弧线的作用,适当增加叶型厚度不会降低叶轮性能;只有当这两种几何因素共同作用时,才能使叶轮呈现典型的后部加载特征。本文在确定了适合该微型轴流涡轮的最佳后加载叶型之后,按照前文的弯叶片方案改变了后加载叶型的积叠线方式,对微型轴流涡轮叶片的组合设计方法做了进一步探索。