自1995年美国动力年会Capstone等公司推出了发电功率量级为25～75kw的微型涡轮发电机样机，由于微型涡轮机具有能源利用率高，环境污染小，经济效益好等特点，便得到了迅速发展和广泛应用。本文以NASA Lewis研究中心某外径为128mm的微型轴流涡轮作为参考叶型，完成了南航微发所200kw微型涡轮发电机双级轴流涡轮设计方案，并以微型涡轮机第一级涡轮静叶作为初始方案，研究了适用于微型轴流涡轮的弯叶片设计技术和子午流道收缩技术，并将所设计的大弯高小弯角J型弯曲静叶应用于微型涡轮机第一级涡轮静叶，提升了涡轮性能。本文的研究内容主要分为以下几个方面：1.采用numeca对NASA Lewis研究中心某外径为128mm的微型轴流涡轮进行了数值校验，对比了网格密度和湍流模型对计算准确度的影响，结果表明numeca软件能够较准确的模拟微型轴流涡轮内部流场，采用S-A湍流模型，80万节点的网格密度，可以确保跨音微型轴流涡轮计算的准确度，数值计算与试验结果的偏差不超过±3%。2.以NASA Lewis研究中心某微型轴流涡轮作为参考叶型，完成了微型涡轮发电机两级轴流涡轮气动设计方案。并研究了叶片轴向弦长对涡轮流场的影响，结果表明，在保证叶片稠度一致和满足最低加工精度要求的条件下，减少叶片轴向弦长，可减缓吸力面附面层堆积现象，涡轮轮缘功和效率较原型分别提高了了2.06%和1.28%。3.基于微型涡轮机第一级涡轮静叶，开展了弯曲静叶设计技术研究。对比了正弯和J型弯静叶对微型涡轮流场的影响，认为正弯静叶顶部出口气流角增大，造成下游动叶叶尖泄漏损失增加，整体效率水平下降，而J型弯方案抑制了下游动叶叶背中径的流动分离，整体性能较原型有所提升；并研究了J型静叶弯高和弯角对涡轮性能的影响规律，结果表明采用大弯高小弯角设计的J型静叶提高了静叶根部通流能力，同时合理分配了静叶通道内的负荷以及出口气流方向，对涡轮级流场的改善效果更佳。J型静叶弯高为1弯角为+5°时，涡轮轮缘功和级效率较原型分别提升0.94%和0.7%。本文所设计的大弯高小弯角J型积迭规律同样适用于常规尺度跨音涡轮，并且下游动叶对来流攻角的变化不特别敏感的情况。4.基于微型涡轮机第一级涡轮静叶，开展了端壁收缩静叶技术研究。研究了高度收缩比C、收缩段长度L以及衔接圆R2/R1比值对收缩静叶流场的影响规律，确定了较佳的上端壁收缩型线，并将此端壁型线应用于微型涡轮机第一级涡轮，静叶总压恢复系数提高了0.27%，涡轮级轮缘功和效率分别提升了0.34和0.56%。端壁收缩型线与J型弯曲静叶的联合应用结果表明，由于端壁收缩静叶主要改善了根部至80%通道高度的流动效率，而顶部性能略有下降，因此对J型弯曲静叶的整体改善效果不佳。5.完成了南京航空航天大学微型发动机研究所200kw微型涡轮发电机的双级轴流涡轮方案，其流量、轮缘功、落压比和级效率分别为1.1931kg/s、387.4KJ/kg、4.714和0.8739，总体性能均达到了设计指标的要求并留有一定裕度.