为了探索变几何涡轮气动设计方案,导向器与动叶均采用厚前缘与后加载型叶片设计以及动叶进口负攻角设计。为了提高涡轮输出功,低压涡轮采用了大流道扩张角设计。应用数值方法对此设计涡轮进行了不同导向器开度以及有无导向器端壁径向间隙的涡轮气动性能与流场结构特性研究,并对大流道扩张角的导向器端壁径向间隙变化进行了理论分析。结果表明在设计点工况下,基本涡轮效率为0.903,相对折合流量为1.006,满足设计需求;大流道扩张角下,导向器端壁径向间隙对涡轮性能影响很大;在设计工况下,随着导向器开度的逐渐关小,涡轮主要气动参数反力度降低,通流流量下降,而效率变化相对较小,有利于调节发动机工作状态。在非设计工况下,涡轮效率随膨胀比变化亦相对较小。可见此设计变几何涡轮给发动机带来较大收益。

为了研究不同载荷重心位置对叶片气动特性的影响,对2种不同叶型参数的后加载叶型进行了平面叶栅气动特性实验。结果表明对于这2种后加载叶型,前缘直径的减小、尾缘弯折角的增加会使得叶片载荷增加和载荷重心后移,使得叶型损失减小、端部损失增加,但端部损失的增加量与叶型损失的减小量相比,其值较小;对于载荷大小和位置相近的后加载叶型,降低叶型损失是关键,合理设计吸力面的顺压梯度的大小可以有效减小叶型损失,而吸力面的逆压梯度的影响则较小。