增压级在航空发动机中扮演着至关重要的角色，而风扇出口的流场会极大地影响增压级的性能。因此，本研究通过实验获得了风扇出口的径向参数分布，并验证了数值模拟方法的准确性。同时，利用数值方法研究了风扇出口参数对增压级性能的影响机制。主要研究结果如下：在地面条件下，增压级的峰值效率比标准条件提高了0.6%，压比增加了0.15%，但综合裕度下降了0.75%。而在高空条件下，由于低雷诺数效应，增压级的性能出现显著恶化，效率下降了2.4%，压比降低了4.72%，综合裕度减少了8.28%。经过子午设计参数分析发现，在设计工况下，地面条件与标准条件的子午参数主要差异源于进口条件的径向非均匀性。这种非均匀性导致了转子叶根的折合转速较高，从而增加了叶根的通流能力。然而，在高空条件下，由于低雷诺数效应，转子的出口流场发生变化，静子的气流角更接近零攻角，造成增压级的裕度下降，静子端区的堵塞减弱，但叶中的堵塞增加。三维流场分析表明，在地面条件下，转子叶尖的泄漏流和激波导致更多损失，而在高空条件下，转子叶尖的泄漏流和激波减弱导致叶尖损失减少，但由于雷诺数较低，叶中分离增加。地面条件下，静子的流场变化较小，而在高空条件下，静子的吸力面出现较大的分离区，总压损失急剧增加。本研究深入研究了不同进口条件下增压级的子午参数变化、转子泄漏流、激波与附面层的发展，以及静子损失来源，探讨了不同进口条件对增压级性能的影响机制，对增压级的气动设计具有重要意义。

本文研究了叶尖小翼三维结构的径向分布变化对高负荷压气机级性能的影响。通过改变叶尖小翼的周向最宽位置和径向高度实现对其径向分布的控制，对12种不同的叶尖小翼方案进行了分析。叶尖小翼径向分布的变化会改变压气机级内部的有效流通面积，进而影响叶片表面激波结构的变化。不同叶尖小翼结构对流场的控制作用的优劣可归结为其对泄漏流和激波等复杂流动结构间实现的空气动力学平衡效果。同时，向叶根沿伸的叶尖小翼对流体进行了重新分配，避免了低能流体在径向区域的集中，从而有效地改善压气机内部流动结构，提升压气机流动稳定性。结果表明，叶尖小翼的扩稳效果同时随着其周向最宽位置向前缘移动和径向起始位置向叶根沿伸而增大，因此存在稳定工作裕度提升量的极大值为44.57%。在本文的研究中，此时叶尖小翼的周向最宽位置位于25%弦长，径向起始位置为80%叶高。

自循环机匣处理（SCT）是一种可以提高压气机稳定性的可靠流动控制方法。然而，传统的 SCT 在拓宽压气机稳定工作范围的同时，难以抑制静叶通道中的附面层分离，从而导致压气机效率的提升幅度较小。为解决这一技术难题，针对亚音速单级轴流式压气机，本文设计了一种静叶开槽与自循环机匣处理耦合的新型流动控制策略命名为 JS-SCT。JS-SCT 的特点是在静叶上开槽，槽内放置倾斜的导流片。这种布置使得通过槽的部分气流能够从静叶吸力面流出，而另一部分则被引入自循环处理机匣内。通过多通道非定常数值模拟，本研究探讨了 JS-SCT 影响压气机气动性能的流动机制。结果表明，JS-SCT 不仅使失速裕度提高了 4.9%，还使峰值效率提高了 0.25%，失速点附近的效率提高了 2.1%。引入到自循环处理机匣的气流限制了转子叶顶泄漏流的增长，并阻止了泄漏涡在转子叶顶通道中破裂，因此压气机的稳定性得以增强。同时，从静叶吸力面流出的气流加快了低能流体的速度，抑制了附面层分离，使得静叶通道内的流动损失减少，压气机效率得以提高。

向心涡轮盘腔流动对于部件可靠性和气动效率影响显著，开展盘腔中的非定常流动机理研究，对于深入理解其内部流动结构和指导封严效率预测等具有重要作用，而目前针对向心涡轮旋转盘腔的研究尚需要进一步探索。本研究基于旋转盘腔试验台和URANS模拟方法，开展不同封严流量下的向心主流盘腔非定常试验流动特性研究，结合URANS模拟方法，探究向心主流条件下的盘腔非定常流动规律，揭示盘腔非定常结构的动力学特性。研究结果表明：向心涡轮盘腔流动存在不同于转子旋转频率的非定常现象，同时随着封严流量增加，非定常流动的特征频率幅值先增强后减弱；非定常涡结构由主流与封严流切向速度差带来的开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动，对燃气入侵起着关键作用，且涡结构数量与转速呈负相关。本研究为理解向心涡轮腔内非定常流动现象提供了新视角，对改进涡轮密封设计与提升整体性能具有参考价值。

本文设计了一种应用于围带式静叶的自循环射流结构，通过验证的数值模拟方法对单静叶和单级压气机环境开展数值模拟研究，主要得到以下结论：在单静叶中，自循环射流可以有效改善叶栅性能，使总压损失降低12.9%，熵增损失减小30.7%。在单级压气机中，自循环射流可以使近喘振工况下效率增加0.47%，压比增加0.23%；最高效率点工况效率增加0.58%，压比增加1.36%。自循环射流可以有效改善静叶叶根角区分离流动，削弱叶根通道涡，使叶根通流能力增强，在叶栅的三维效应下，叶顶堵塞减弱，损失降低，进而提高静叶性能。