航空发动机的循环参数越来越高,热端部件的工作环境更加恶劣,空气系统和冷却设计面临着巨大的压力。热端部件需要更好的冷却,但冷却气流的温度随着压比增大而升高,冷气引气量的增加将降低航空发动机推力/功率,这些因素限制了发动机性能的提升。这种情况下,研究能提高冷气冷却品质的预旋技术很有必要。利用预旋结构,使气流在预旋喷嘴内膨胀,降低气流静温,并使其获得与旋转系转向相同的周向速度,减小冷气与旋转系的相对速度,对旋转系而言,达到降低相对总温,从而提高冷气冷却品质的目的。本文开展了以下三方面的工作:对三种典型的预旋结构的温降和流阻特性开展了研究。对轴向直导预旋系统开展了模型试验,获得不同工况下,温降和流阻特性随无量纲流量和旋转雷诺数的变化规律,分析了预旋系统的内部流场和流阻分布。在简化的轴向盖板预旋系统的研究中,通过开展数值模拟,获得了气动参数对预旋温降和流阻的影响规律,分析了盖板预旋系统的转静盘腔、接受孔和共转盘腔内的流动特点。对径向预旋系统做了模型试验和数值计算,得到温降和流阻特性随无量纲流量和旋转雷诺数的变化规律,在此基础上对预旋喷嘴和接受孔结构参数对预旋温降和流阻的影响进行了分析。接受孔是盖板预旋系统的重要元件。为明确接受孔结构参数对盖板预旋系统温降和流阻特性的影响,改变接受孔的几何参数进行计算,得到了不同面积、径向位置和长径比时的接受孔内部及附近流场,分析了接受孔几何参数影响预旋效果的作用原理。为提高一维计算精度,建立接受孔的周向速度比模型,并编制预旋流路的一维计算程序,对比引入周向速度比前后的计算结果,验证了该模型的正确性。对轴向直导预旋系统和径向预旋系统做了探索改进。为改善直导预旋系统中转盘的低位换热,研究了带双排喷嘴的直导预旋系统,计算结果表明相同条件下,该结构能强化低半径的换热,并有效降低转盘的表面温度。在径向预旋系统的共转腔内布置导流片,研究了导流片模型的温降和流阻特性。数值研究了相同进出口条件下光滑共转腔模型和导流片模型的预旋特性,并对内部流场进行分析,揭示了导流片结构提高预旋温降的物理机制。针对导流片结构参数,如数目、长度、安装位置等,对预旋性能的影响进行了研究。试验验证表明相同条件下导流片结构能获得更高的预旋温降。