提高压气机的气动性能及稳定性是实现燃气涡轮发动机高推重比、低耗油率、高稳定性的重要技术途径,然而随着弯掠、小展弦比、串列转子等压气机气动设计技术的不断完善,从气动设计的角度继续挖掘压气机的潜能已经越来越难,必须尝试开辟一个新的方向或者换一种新的思路,才有可能进一步提升压气机的气动性能及稳定性。本文借鉴外流中对座头鲸节瘤状前缘肢状鳍的研究,将这种特殊型式的前缘设计引入到压气机叶片上,并命名为鼓包前缘叶片,尝试利用这种仿生技术提升压气机的气动性能和稳定性。本文内容概括如下:(1)开展了鼓包前缘叶片叶栅的数值模拟研究,分析了前缘鼓包参数的影响规律、前缘鼓包对叶栅流场结构的影响规律和机理。结果表明:在叶栅稳定工作区域(攻角低于失速攻角),前缘鼓包会增加叶栅的总压损失,但是在叶栅过失速工况具有显著降低叶栅总压损失的特性;前缘鼓包的参数对叶栅气动性能有影响,在叶栅稳定工作区域,鼓包个数N产生的影响比鼓包幅值Am的要大,但并不十分显著;在过失速区域,幅值Am产生的影响比鼓包个数N产生的影响显著;前缘鼓包显著改变叶栅流场结构,使叶栅在过失速工况下性能显著提升。(2)开展了鼓包前缘叶片叶栅实验,验证了计算方法的可靠性,同时也证明鼓包前缘叶片具有更高的过失速性能。(3)将鼓包前缘叶片应用于跨声速单级压气机静叶,结果表明,在设计转速的大部分工作范围内,效率与总压比得到提升。前缘鼓包静叶改变了静子叶栅分离束结构,形成了数量多、范围小的多分离区结构,减小了分离区范围,同时还改善了内壁区域流动。鼓包前缘波峰产生的对涡结构,使气流在该处产生局部分离延缓效应,拓宽了压气机的稳定工作范围。