为了减轻大涵道比涡扇发动机重量,针对增压级低轮缘速度特征,本文提出应用一种新概念大弯度低损失扩压叶型进行增压级转子气动设计,实现转子超高负荷,以有效增加级压比。本文基于教研室成熟的设计软件,转静子设计采用S1/S2流面二维设计方法,叶型设计采用优化设计方法。并用流场数值模拟方法验证这种设计的可行性。本文主要分为两大部分。第一部分为一级增压级的气动设计,用其代替原始商发三级增压级。以原有商发大涵道比涡扇发动机三级增压级的气动性能作为新的一级增压级的设计指标。由于轮缘速度低,原三级轴流压气机总压比只有1.298;并且由于级压比低、静子损失占比大,总效率较低,为0.807。本文采用一替代三级,考虑匹配静子的损失,转子设计点总压比设定为1.33。S2流面流场计算发现,随压比增加(载荷系数增加),转子扩散因子先增加后减小。压比增加至1.33时,转子扩散因子在叶根处为0.35、叶尖处小于0.6;因此具有气动设计可行性。之后通过S1流面叶型优化设计和叶型径向积叠得到超高负荷转子叶片。NUMECA计算表明转子的设计点总压比为1.330,等熵效率为0.9702,喘振裕度为16.5%。并得出该超高负荷转子的两个气动上的优点:其一,相同轮缘速度下,其扭速大,轮缘功高,从而总压比高;其二,其叶栅出口段通道呈收敛状,有利于抑制附面层增长,降低转子损失,提高效率。进一步采用S1/S2两类流面方法得到匹配静子叶片。将设计完成的转子与静子组合成级,并加上原始的进口导叶,构成完整的增压级。NUMECA计算表明该一级增压级喘振原因主要是静子叶根处吸力面附面层大分离。因此探究下子午面流道上抬对增压级的性能影响,结果表明下子午面流道上抬5o能有效抑制分离,减小损失。流道修改后该增压级设计点总压比(1.293)、级效率(0.8554),达到了设计要求,喘振裕度(23.6%)略小于原增压级裕度(25.1%)。检验所设计的增压级与S弯过渡段的匹配性能,流场计算结果表明:匹配S弯过渡段后的增压级总压比和等熵效率均有明显下降。设计点总压比为1.2671,等熵效率为0.7849。分析表明过渡段损失主要来源于下环壁的局部扩张。第二部分为两级增压级的设计,用两级增压级代替原始三级,以达到更高的总压比和效率。转静子优化设计方法与一级增压级基本相同,区别在于这一部分用三维优化的方法对两级转静子的气动性能进行改进。为了使内涵出口总压沿径向均匀分布,第一级转子S2通流计算时,给定总压比线性分布(叶根总压比1.3,叶尖总压比1.25),用优化设计的方法得到转子叶片。第一级静子叶片采用超弯静子,其出口气流角向转子旋转反方向偏离,取33度。该超弯静子有以下优点:其一,由于这种静子叶片通道后段为收敛可抑制附面层分离、减小流动损失;其二,其产生的负预旋可被有效利用。并通过三维优化、下子午面流道上抬等方法对静子进行气动优化。NUMECA计算表明第一级增压级设计点总压比1.253,效率0.8840。第二级转子S2通流计算给定总压比沿径向分布,以保证转子出口相对切向气流角在-15o到-10o之间,用优化设计方法得到第二级超高载荷转子。并通过三维优化方法对第二级转子进行气动优化。流场计算表明前四排叶片设计点总压比1.969,效率0.8714。由于时间原因,第二级转静子优化设计尚未完成。