微型涡喷发动机具有大推重比、高转速、尺寸紧凑以及各方面的特点,是一种具有高能量密度的推进动力设备,在大部分无人机、巡航导弹及各种微小型飞行器中作用日渐显著,离心压气机由于具有工作范围宽广、零件少、可靠性高等一系列优势,在小、微型航空发动机中得到了广泛的应用。作为微型涡喷发动机的进气提供部件,其性能直接影响发动机的工作状态和动力性能,因此,研究离心压气机的设计方法和内部流动状态具有重要的科学意义和实际应用价值。本文以某微型涡喷发动机进气需求为设计点,对离心压气机的设计方法以及其性能展开了研究,主要内容如下:1.结合某微型涡喷发动机进气需求设计了一台压比为3.8的离心压气机,引入五次Bézier曲线,以这种少控制点的方式设计了叶片倾角在前、中、后段加速增大的叶轮,通过性能曲线对比和工作点数值模拟结果得出:使用低次Bézier曲线调整的叶片效率能够达到0.8以上;叶片倾角后段加速的方式能够使叶片做功呈后加载状态,更有利于提高叶轮效率;叶片倾角加速位置能够使叶轮工作范围向不同流量方向移动。2.选取倾角后段加速的叶轮,研究了0%、2%和4%叶高叶尖间隙情况下的叶轮性能变化,研究结果表明叶尖间隙的存在会致使叶轮产生泄漏流动,并且会加剧二次流的影响,但是叶尖间隙的存在又能够弱化出口射流的情况。完成了对高转速叶轮的力学模拟和模态求解,通过变形结果对比百分比叶高型间隙和固定值间隙的轮廓曲线,表明百分比叶高的间隙选择方法更合适;应力分析发现叶片上最大应力处位于叶片尾缘根部,整体叶轮最大应力处位于中心孔底部,计算应力均在选定材料为7A09硬质铝合金的屈服极限之内。3.匹配相同的离心叶轮和楔形叶片,研究了无叶扩压段出口和叶轮出口直径比值为1.05、1.08、1.12的无叶扩压段长度对组合流场和性能的影响,发现叶轮出口气流在无叶扩压段内能够明显降速,并充分混合降低不均匀性。无叶扩压段对叶轮内部流动情况影响较小,对扩压器径向扩压段的影响较大,主要在于高速区和高速尾流范围得到有效抑制。4.在相同叶片角的前提下,研究了变轮毂面张角和变攻角两种方式增加流动面积的五种扩压器,分别得到了不同扩压器下的性能曲线,对比了不同扩压器在工作点的内部流动状态和不同性能参数。在整体性能方面轮毂面5°张角的扩压器出口压比和效率最高,内部流动研究结果表明适当的增大流通面积能够提高压比和效率,但是改变攻角的面积增大方式容易造成叶片背风面的分离流动和涡旋的产生,使得效率大幅降低。增加轮毂张角的方法主要的功率损失原因在于进口增大的速度梯度带来的损失以及在经过转弯段后,进入轴向扩压段时产生的分离流动。本文的研究结果表明,在高转速、高压比的微型离心压气机内部流动极为复杂,通过整体性能和流动状态的综合探讨和研究,可以为进一步的离心压气机研究提供理论依据,为优化离心压气机设计供技术积累。