随着石油资源的日益稀缺以及环境污染的日益加重,新能源汽车的研发迫在眉睫。氢燃料电池以其燃料来源广泛、污染小等优点被认为是未来最有可能替代传统内燃机的汽车动力源。受限于汽车上的空间、重量以及车载燃料电池对压缩空气的性能要求,离心式压缩机逐渐成为主流机型。本课题针对氢燃料电池乘用车设计了采用空气轴承支承的高速离心式压缩机,主要完成了以下研究工作:1)根据氢燃料电池乘用车的需求,基于相似原理设计了高速离心压缩机的三维流场结构,采用FLUENT软件仿真计算了压缩机的性能曲线,满足氢燃料电池乘用车的要求;基于比焓降的大小设计了膨胀机的三维流场结构,仿真计算了设计点下膨胀机的流场分布,并计算出膨胀机回收的功率大小,有效地降低了整机功耗。2)针对压缩机叶轮进行应力分析,从最大应力和最大变形量两个方面分析了压缩机叶轮正常工作时的安全性;采用LS-DYNA软件对压缩机进行了包容性仿真,从能量及加速度变化规律方面分析了破裂的叶轮撞击蜗壳过程,证明了压缩机蜗壳可以完整包容破裂的叶轮,确保了压缩机的安全性。3)基于UDF动网格方法以及线性位移增量法对空气轴承动态性能进行研究,研究了空气轴承结构参数对动态特性的影响;设计了离心式压缩机-高速电机-膨胀机同轴相连的轴系结构,通过对空气轴承-转子系统进行模态分析、不平衡响应分析以及冲击响应分析,证明了轴承转子系统设计的合理性。4)搭建实验平台测定压缩机性能曲线并与压缩机仿真结果进行了对比,证明了压缩机仿真方法的可靠性;测定空气轴承-转子系统的临界转速并与理论计算结果对比,证明了空气轴承动力学性能的仿真结果的准确性以及空气轴承-转子系统的可行性。经过压缩机结构设计、性能仿真及实验研究,完成了氢燃料电池乘用车专用高速离心式空气压缩机的设计,研究了空气轴承的动态性能影响因素,为车载燃料电池用压缩机的后续研发提供了重要参考。