旋转失速一直是燃气涡轮发动机压气机最重要的问题之一,尤其是船用燃气轮机需要宽范围的变工况运行,发动机低工况稳定性问题就显得尤其重要。船用发动机要求低压压气机在中低速转速具有较高的喘振裕度和效率,旋转失速现象往往是压气机性能恶化和发生喘振的先兆,因此,揭示压气机中低转速范围的旋转失速过程,掌握流动失稳的起因和特征,对实现低工况范围的压气机高稳定性设计和扩稳措施具有重要基础研究价值。本文以哈尔滨工程大学压气机实验室中船用燃机的亚音速压气机首级为研究对象,结合SST湍流模型和雷诺平均非定常方法（URANS）数值模拟方法,研究了中低转速下压气机全通道模型的失速机理,并在1.5级压气机试验台上进行了初步的试验分析和验证。本文的研究内容主要包含以下几个方面:首先,在压气机50%转速条件下,进行全通道非定常数值计算,通过对整个失速过程中流量、壁面静压等参数的分析表明,中等转速条件下压气机失速过程可以分为四个阶段,分别为稳定流动阶段、旋转不稳定阶段、失速先兆阶段、完全失速阶段。对比分析表明,具有一定周期性的初始扰动首先出现在旋转不稳定阶段,该扰动使得机匣静压频谱图中新增了三个频段的信号,分别对应流道中扰动出现频率（低频段）、迁移到叶顶的径向二次流和泄漏涡出现的周期性相互作用的频率（中频段）、泄漏涡波动及破碎频率（高频段）。其次,尝试揭示中低转速下旋转不稳定阶段和失速先兆阶段压力扰动的起源和联系。针对叶顶区域流场的详细分析,表明在扰动出现的前两个阶段,压力扰动主要是由破碎的泄漏涡和吸力面迁移到叶顶的径向二次流、叶顶后半部分泄漏流相互作用共同形成的叶尖二次涡引起的。而且随着节流的加剧,迁移到叶顶的径向二次流和叶顶泄漏涡作用的位置进一步向吸力面前缘移动,叶尖二次涡的起始位置进一步靠近叶尖泄漏涡的起始位置,从而使叶顶泄漏涡完全破碎,旋转不稳定阶段对应的流场结构被破坏,突尖失速前兆出现。数值分析也表明压气机在进入失速时叶顶中等频段（1206Hz—1707Hz）的信号幅值进一步增大,叶顶间隙同时出现了前缘溢流和尾缘回流的现象。最后,进行了 1.5级压气机的低转速失速过程试验研究,采用Kulite高频动态压力传感器和高频数据采集系统对压气机失速过程中叶顶压力进行测量和采集,通过快速傅里叶变换（FFT）和滤波技术对压力信号进行处理,分析表明失速的初始扰动形成后的传播速度约为转速的72.48%、完全失速后失速团的传播速度约为转速的52.34%,从失速扰动开始出现到压气机完全失速前后共经历了 10圈左右的时间,且扰动在叶顶横跨2-3个栅距。通过频谱分析找到了各阶段对应的特征频率,即旋转不稳定阶段48.92%BPF的中等频段特征频率,及在失速过程中幅值逐渐增大的15-150Hz低频频段。通过压气机级试验,获得了失速过程中各阶段级间的稳态流场特性,并根据动态压力传感器采集得到的压力信号给出了动叶叶顶在失速过程的静压分布云图。本文的研究结果表明失速过程中叶顶压力信号的频谱特征在各个阶段呈现不同的特点,叶尖二次涡是失速过程扰动产生的起源和失速发生的关键流动现象,起始于叶片吸力面的径向二次流在失速过程当中起到重要作用。