随着轴流叶轮机械气动性能的不断提高,风扇/压气机的单级负荷不断增大,而重量却越来越轻,导致叶片颤振问题日益突出,这已逐渐成为制约现代航空发动机发展的瓶颈。因此,完善叶栅非定常流分析方法,建立高效、可靠的叶片颤振预估平台,探究叶片气弹失稳的机理具有重要的理论意义和工程应用价值。本文首先基于源项线化技术,发展了谐波平衡控制方程的隐式求解方法,拓展了原求解器对频域多扰动非定常流的仿真能力。然后,结合能量法,利用频域非线性分析模型,实现了叶片气弹稳定性的高效预测,并分别以跨声速压气机叶片和线性涡轮作为研究对象,验证了求解器定常模拟和振荡叶栅下非定常模拟的准确性与可靠性。在此基础上,论文进行了以下的研究工作:(1)选择跨声速压气机叶片作为研究对象,基于结构动力学的分析,在孤立叶排上,使用频域非线性分析技术进行了振荡叶片下的非定常流模拟,针对叶片的前三阶振型,系统研究了不同间隙尺度下叶片的气动阻尼系数,通过对比分析叶片表面上气流做功的差异,探讨了泄漏流对叶片颤振特性的影响机制。计算结果表明:不同模态下,当叶尖间隙较大时,泄漏流引起吸力面叶尖前缘附近出现静压卸载现象,并在对应区域上形成较强的压力脉动,随之引发气流对叶片振动的阻尼效应。(2)利用频域/定常混合计算模型,在多叶排环境下,针对不同转速,对跨声速两级风扇的第一级转子进行了气弹稳定性预测,基于对时均流场和静压脉动的分析,阐述了诱发叶片表面上气流做功的物理因素。研究显示,转子在部分转速和设计转速特性线上能够保证气弹稳定,而在105%和110%设计转速时,叶片的气动阻尼系数为负,存在超声速失速颤振的风险。进一步的讨论表明,叶片表面上正功集中区起因于不同的非定常扰动。对于大多数情况,压力面上的激波振荡可能引发正功集中。除此,吸力面上激波下游附近的超音区及波后的分离流也是正功的主要来源(3)以某前掠风扇为研究对象,使用多谐波频域计算方法,研究了正弦波畸变和边界层摄入式(Boundary Layer Ingestion,BLI)畸变对叶片气弹稳定性的影响。计算结果表明:进口总压畸变导致时均流场和激波非定常性的改变,使得叶片表面上的气流做功有所差异,这是叶片颤振特性发生变化的重要原因。(4)在多叶排环境下,针对某高负荷两级对转风扇的下游转子,分别采用混合计算模型和多扰动频域分析方法开展了叶片颤振特性的研究,通过考察叶片表面上气流做功以及非定常压力响应的差异,探讨了排间扰动对下游叶片气弹稳定性的影响。研究结果显示考虑上游叶片的周期性扰动将导致下游转子气动阻尼的降低。这种颤振特性差异的主要原因包括时均流场中激波形态的变化,上游尾迹引起的进口攻角波动,以及排间势扰动诱发的周向静压随时间的变化。