针对管式减涡器而言,其冷气引流效果较好,实验研究同时发现其自身结构会产生振动,这给发动机内部结构带来了不稳定性。因此本文主要的工作有两点:其一,研究高压气体从叶片通道流出以及冷却气流从旋转盘腔流至主轴的流场情况;其二,研究在上述过程中结构的气动弹性响应问题。为了深入研究上述两个问题,推导出N-S方程在叶轮机械内部流动的具体形式,给出结构在气动力作用下的振动控制方程,并将两个方程耦合成气动弹性控制方程。针对流场方程,利用有限体积离散方法求解;针对结构动力学方程,利用有限元离散方法求解;针对气动弹性控制方程,使用分离解法进行单/双向流固耦合分析。以上分析建立在三种不同的几何模型上,分别是空旋转盘腔、附管旋转盘腔和管孔一体旋转盘腔。一共设置两组工况,一组设置定转速2000rpm,递增的进出口静压比;另一组设置定进出口静压比2,递增的转速。所得分析结果具体如下:针对空旋转盘腔,其叶片通道的通流能力会随着进出口静压比增大而减小,转子通道内气流逐渐从层流运动向湍流运动转变,并在转子压力面与吸力面侧产生脱体激波;静子通道内先出现交叉激波,其强度随着出口背压升高而减弱,直至激波在静子吸力面侧交汇并最终消失,流场过渡到湍流。旋转盘腔侧,气体流进收集腔室会越来越困难,主要是因为随着静压比升高,转子尾缘会出现回流漩涡,导致部分气体从收集腔室流出至叶片通道。进入空旋转盘腔的气体会在进气孔后端两侧形成不对称非定常的涡流核心区域,Ekman边界层内部流动并非层流,在较高进出口静压比的工况下,其内部会出现分离泡。总体而言,其几乎没有引气能力。针对附管盘腔,叶片通道的流动情况与空旋转盘腔类似,不同之处在于此模型可以达到更高的进出口静压比,叶片通道出口质量流量明显高于空腔模型,虽然其无量纲质量流量更低且需更高的进口总压。旋转盘腔侧,引入减涡管可以有效引导冷却气流从收集腔室流向旋转主轴段,流出法兰环孔口的气体质量流量明显增大,但其同样会在进气孔后端两侧形成较大的涡核,部分气流在流进减涡管前与管进口边缘发生摩擦,甚至在管壁内侧形成分离泡。虽然冷气出流的质量流量在增大,但是气体的能量损失也在增大,最终流出的气流能量变化不大。另一方面,管外壁的漩涡是造成减涡管振动的主要原因。针对管孔一体盘腔,叶片通道内气体流出的质量流量相比附管盘腔会进一步下降,同时从法兰环孔口射出的气体质量流量会进一步增大,气体流过叶片通道的总压损失会随着转子通道内的激波增强及全通道内的湍流脉动增大而逐渐增大。旋转盘腔侧,气体总压损失明显减小,气体通过进气孔后直接进入减涡管并在接头结构内部产生掺混漩涡,管壁内侧会形成较小的分离泡,但其流动形态较为光顺,损失的能量较小。相比于附管盘腔,其引气能力进一步增强;不足之处是,叶片做功的等熵效率下降,高压段气流质量会有所损失。另一方面,新构型可以减小结构最大变形量,使得压气机内部盘腔更加稳定。气动弹性结果分析方面,预应力模态分析可以得到有效参与质量最高的7个模态,几乎每个模态都包含旋转主轴沿各个方向上的振动,预测出整体结构最有可能的振动形态。从单向流固耦合分析中得到,叶片与旋转主轴在气动力作用下的振动幅度远远小于旋转盘腔结构,并且管孔一体模型可以有效减小最大变形量,并微微提升了平均变形量;双向流固耦合分析中得到,盘腔结构的振动变形更为光顺,且管控一体模型的最大变形幅值呈现逐渐衰减的态势。该论文有图84幅,表13个,参考文献51篇。