航空发动机预旋系统作为空气系统的重要组成部分之一,其目的是为涡轮叶片提供更高品质的冷却空气。本文采用数值模拟的方法,设计和研究了冷气预旋系统流路中的预旋喷嘴、接受孔、盖板和导流叶片等进出口结构,探索流路结构参数的变化对预旋系统冷气品质与结构温变应力的影响机理。主要的研究内容和结论如下:1.提出了带方位角度的预旋喷嘴和接受孔结构,分析了喷嘴方位角中的径向角度、接受孔方位角及其径向角度对冷气流动、温降和总压损失的影响规律。结果表明:在计算工况范围内,预旋喷嘴径向角度增大时,气流流动性改善,进而导致系统流量随之增大,无量纲温降呈先增大后减小的趋势。接受孔径向角度的增大时,无量纲温降增大,总压损失系数减小。增大接受孔方位角度可以减小预旋系统耗散损失,进而减小系统出口气流周向速度与转盘出口线速度之差,改善系统的温降效果。2.对喷嘴下游的盖板结构进行了流固耦合换热研究,并与绝热工况进行了对比,分析了预旋喷嘴出口气流旋流比和盖板能量转移系数的变化对系统气流流动和结构温变应力的影响机理。结果表明:耦合换热和绝热两种工况下,盖板的温度梯度和应力差异较大。喷嘴出口气流旋流比增大时,盖板盘最大应力值先减小后增大,存在某一旋流比使得盖板盘等效应力最小。增大盖板能量转移系数能有效减小涡轮盘的最大温度梯度和最大热应力,而对盖板的最大热应力变化影响很小。3.在系统出口前的共转盘腔壁面设置圆弧形导流叶片,研究了导流叶片低半径圆弧角度的变化对气流流动特性、温降和流阻特性的影响规律,并探究90度低半径圆弧角温降和流阻较好的机理。结果表明:增大导流叶片的低半径圆弧角度可减小预旋系统进气腔和预旋盘腔的压力大小,并增大系统的无量纲温降系数,降低流路的总压损失系数。90度低半径圆弧角导流叶片结构在不同流量下的流线分布差别较大,气流与导流叶片入口的夹角变化是影响温降和流阻的主要因素。