人类探索太空和开发太空资源的步伐随着科技的发展和社会的需求在逐步加快。伴随着神州9号的顺利升空并与天宫一号实现成功对接,各种空间试验站、深空探测器已成为各国太空探索、资源开发和空间作战防卫的重要工具。　　空间推进器离不开动力系统,微型燃气涡轮发动机作为微动力系统的一种,它具有尺寸小、结构简单、重量轻、能量密度高等特点,只需携带足够的燃料即可实现远距离飞行任务,满足深空探测要求。但是,发动机尺寸的缩小会引起一系列问题,比如加工、装配困难,表面散热损失严重,燃料的停留时间短、燃烧稳定性差等,这些严重制约着微型燃气涡轮发动机的发展及应用。本文以微型燃气涡轮发动机为研究对象,在分析其工作原理和结构特点的基础上,对其进行整体结构设计,以数值模拟和实验研究为手段对其展开相关技术研究。　　设计了一种微型燃气涡轮发动机,将一体化微型涡轮转子与微型燃烧室集成,减小发动机尺寸、使其结构紧凑。为了更直观、准确地分析气体在叶片微小流道内的流动特性,采用全三维瞬态数值模拟方法对微型压气机、涡轮叶片内气体的动力学特性进行数值模拟与分析,能够全三维观察叶片内部气体从转子启动开始不同时刻的流动状态,分析了压气机的工作性能以及不同涡轮出口安装角对涡轮性能的影响,对微型径向动压气浮轴承的承载力进行了数值计算及性能分析,该气浮轴承能获得足够的径向气浮力支撑涡轮转子。　　基于微型燃气涡轮发动机的结构特点,设计了一种微环形燃烧室,使燃气和空气在预混道中预先混合,延长燃气在微燃烧室内的化学反应时间,同时还可充分利用微燃烧室内高温燃气的壁面传热效应对预混通道中的气体进行预热,提高其入口温度,增大燃气在微小空间内的可燃性。对微小空间混合燃气燃烧进行了数值模拟,分析了当量比、燃气质量流量、入口温度和入口压力对微燃烧的影响,为微型涡轮发动机样机实验提供参考。　　针对微三维结构开展了微细电火花与电化学组合三维铣削加工实验研究,分析了不同电加工参数对工件成形精度及表面质量的影响。利用实验所得的最优组合加工参数实现高表面质量、高加工效率、高加工精度的微三维结构的组合加工,可去除工件表面的重铸层、微裂纹等表面缺陷,使壁面锥度进一步减小,提高工件的使用性能。建立了组合加工模型,利用该模型可精确控制组合加工工件的尺寸精度。　　为了提高复杂三维结构的加工精度及表面质量,在同一台机床上不更换电极和工件装夹的条件下开展了微型涡轮转子组件的组合微细电加工技术研究。采用非线性插补式电极损耗补偿策略的微细电火花三维分层铣削加工压气机叶片,可使电极损耗得到及时补偿,提高复杂三维曲面结构的微细电火花铣削加工的成形精度。采用微细电火花与电化学组合三维分层铣削加工方法加工涡轮叶片,提高了叶片的表面质量、成形精度及加工效率,使气体在叶片微小流道内的流动阻力及分离流损失减小,从而提高涡轮的输出功率。此外,组合加工采用盘状电极及较大的加工电参数,可降低杂散腐蚀的影响,减小壁面锥度,实现大深宽比叶片薄壁零件的加工。利用微细电火花磨削与电火花线切割组合加工方法加工涡轮转动轴,可获得轴径大小一致且两端无圆角的微细轴。　　对微型燃气涡轮发动机样机进行了模拟实验、点火燃烧及推力测试,实验结果表明,涡轮转子高速旋转时发动机整机运行平稳、振动小、噪音小,混合燃气能在微燃烧室内点燃并产生一定的轴向推力,基本满足空间飞行器的动力要求。　　综上所述,本文对微型燃气涡轮发动机的设计、加工技术研究以及样机测试实验基本满足要求,为微型燃气涡轮发动机的进一步研究奠定基础,加快其实用化进程。