隨著離心壓氣機(jī)負(fù)荷的不斷提高，離心葉輪出口馬赫數(shù)隨之不斷增加，出口氣流也變得更加不均勻，使得擴(kuò)壓器的工作條件惡化，大大降低了離心壓氣機(jī)的性能，導(dǎo)致緊湊高效擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)非常具有挑戰(zhàn)性，成為制約高壓比離心壓氣機(jī)應(yīng)用于工程實(shí)際的主要技術(shù)障礙。管式擴(kuò)壓器（如圖1）由于具有較高的效率以及較寬的穩(wěn)定工作范圍等優(yōu)點(diǎn)，自從上世紀(jì)60年代出現(xiàn)以來國外就對其進(jìn)行了研究，并且已經(jīng)將其成功應(yīng)用到了工程領(lǐng)域。如普惠公司（Pratt& Whitney　Group）的PW600系列渦扇發(fā)動機(jī)和PT6系列渦軸發(fā)動機(jī)的離心壓氣機(jī)，其徑向擴(kuò)壓器和軸向擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)成連成一體的管式擴(kuò)壓器。然而管式擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)理論和方法并未公開發(fā)表，使得國內(nèi)鮮有管式擴(kuò)壓器應(yīng)用于型號的相關(guān)報(bào)道，其相關(guān)研究資料也較少。 

　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究人員以NASA高壓比壓氣機(jī)為研究對象，為其設(shè)計(jì)了具有不同葉輪尾緣與擴(kuò)壓器前緣距離，不同喉部長度，不同擴(kuò)張角和不同喉部面積的管式擴(kuò)壓器來替代其原有的楔形擴(kuò)壓器，通過應(yīng)用校驗(yàn)后的數(shù)值模擬方法，對這四個(gè)參數(shù)對于壓氣機(jī)性能以及管式擴(kuò)壓器內(nèi)部流動的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。而后總結(jié)對上述四個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)的結(jié)果，對該壓氣機(jī)的管式擴(kuò)壓器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將帶有優(yōu)化后的管式擴(kuò)壓器的壓氣機(jī)與帶有原楔形擴(kuò)壓器的壓氣機(jī)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的管式擴(kuò)壓器能夠在保證靜壓恢復(fù)系數(shù)不低于原楔形擴(kuò)壓器的前提下，將原壓氣機(jī)的壓比和峰值效率分別提高0.1和1.2%，同時(shí)具有較寬的失速裕度（如圖2）。通過流場分析，發(fā)現(xiàn)管式擴(kuò)壓器特殊的燕尾型前緣結(jié)構(gòu)能夠使離心葉輪出口的流動更加均勻（如圖3），從而為擴(kuò)壓器擴(kuò)張段提供更好的進(jìn)口條件，進(jìn)而改善了擴(kuò)壓器內(nèi)部的流場，提高了壓氣機(jī)的效率。 

　　上述研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.51176187&51206163）等項(xiàng)目的支持，研究成果已發(fā)表于ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power。 

圖1 管式擴(kuò)壓器 

圖2  兩種擴(kuò)壓器性能對比 

圖3 兩種擴(kuò)壓器進(jìn)口Ma云圖