目前用于航空发动机的对转涡轮只在某两级间的一个交界面上构成对转,最多只减少一排导向叶片。多级无导叶对转涡轮采用了悬垂动叶的新结构,使得叶片在多个交界面对转,可省去多排导叶,是进一步降低发动机重量的一种新途径。由于多级对转涡轮中旋转外端壁与非悬垂动叶的转向相反,上端壁与叶顶的相对速度提高了近一倍,使涡轮端区产生了新的流动现象。目前,针对多级对转涡轮的气动设计方法和端区流动分析结果未见文献报道。本文以航空发动机为应用背景,对多级对转涡轮中的一排端壁反向旋转的涡轮转子叶片进行了气动设计和流场分析。主要研究内容如下:1.对多级对转涡轮外端壁反向旋转动叶进行了气动设计,通过数值模拟对其流场和气动性能进行了分析,并完成了静强度的校核和分析。研究发现多级无导叶对转涡轮中的动叶进口预旋不足,不宜采用较大折转的叶片流道,需要较大的出口相对马赫数来达到提高级载荷的设计目标,所以动叶在气动上需要采用跨声速设计来实现高的载荷系数。提高进口预旋既可以防止动叶出口相对马赫数过大,又可以减少尾迹和激波导致的涡轮损失。动叶出口预旋随着进口轴向速度的减小而增大,但过小的进口轴向速度会显著增大多级对转涡轮叶根和旋转外端壁的离心应力。上下端壁区域的通道涡和叶尖泄漏涡作用,使转子出口的气动参数沿展向分布不均匀,导致其后排转子进口气流角增大,即攻角增大。2.研究了端壁反向旋转对涡轮间隙流动的影响。分析了在不同间隙高度和不同端壁与叶片间的相对速度下涡轮叶顶间隙流场的变化,数值计算结果表明:端壁相对运动抑制了间隙泄漏流的发展,促进了端壁附近的从吸力面向压力面的负向流动;随着端壁相对运动速度增大,端壁附近熵损失增大,泄漏涡被削弱,通道涡和脱落涡被增强;随着间隙高度增大,间隙内负向流动影响的相对区域面积减小,端壁相对运动对泄漏流的抑制作用减弱,泄漏流流量显著增大;端壁相对速度越大,级效率随间隙高度增大而减小的越快。