刘 洋，钟易成，惠广晗，徐伟祖

（1.南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016；2.南京普国科技有限公司，南京 210007）

0 引言

目前，涡轮设计技术已越来越广泛地应用于航空、航天领域，如军、民用航空发动机，飞机空气涡轮起动机和冲压发动机飞行器涡轮发电系统。相应地，涡轮设计技术也在不断地改进完善、开拓创新，表现为不同领域的设计思路相互借鉴、设计技术不断融合等。对涡轮而言，在保证强度条件下力求结构紧凑、质量轻[1]是各种应用的共同目标，因此发展级数更少的高负荷、高效率超/跨声速涡轮是当今涡轮设计技术的大势所趋。

对于超声速涡轮，国外Emanuel Boxer[2]、Louis J.G.[3]等人在20世纪50～60年代开展了基于特征线理论的叶片设计方法研究。文献[2]提出了1种基于2维特征线理论的超声速涡轮叶栅设计方法，该方法在国外多种专业文献中被广泛引用而具有较大影响。国内对特征线法设计超声速叶片的研究[4]则很少，文献[4]曾做过初步研究并据此设计了叶栅，但未对其流动进行更详细地分析。

本文通过C++[5]编程，基于文献[2]所述方法开发了超声速涡轮转子叶栅设计软件，可应用于冲压发动机飞行器涡轮发电系统涡轮设计，也可经工程化改进后用于燃气轮机低压涡轮设计。在对转子叶栅进行设计研究时，考虑到叶栅进口气流为超声速气流，将前缘几何参数设定为很小，以排除前缘激波对流场的影响[6-7]。

1 设计方法

1.1 理论分析

当超声速流体经过凸面时，因通道面积增大而产生膨胀波，并发生等熵膨胀（加速），如图1（a）所示；……