多级无导叶对转涡轮是本课题组自主原创提出的适用于航空发动机的新型气动布局涡轮。该涡轮取消了全部导向叶片，4排展向全超音动叶实现了总膨胀比10，效率达到92%，叶片排数相比常规涡轮减少50%，能够明显降低涡轮轴向长度和重量，是提高航空发动机推重比及降低耗油率的一种可行途径。多级无导叶对转涡轮的第一级动叶因没有导叶提供预旋，具有安装角较大、吸力面无遮盖段长的特点。第一级动叶的吸力面长无遮盖段与相邻叶片尾迹形成缩扩型流道，在第一级动叶吸力面近尾缘处已有外伸激波的基础上形成了尾迹流道激波，在第一级动叶尾缘外伸激波及内伸激波反射波基础上，新的尾迹流道激波同步作用于下游转子，显著改变下游转子叶表的压力脉动幅值及动应力水平，容易诱发下游转子叶片的疲劳失效问题。

基于上述研究背景，工程热物理研究所先进推进动力团队采用非定常数值模拟及瞬态流固耦合方法，对级间干涉对动叶叶表压力脉动特性、动应力及寿命的作用机制开展了研究工作。研究表明尾迹流道激波、内伸激波反射波单独作用于叶表时，由于受到尾迹干涉作用，激波强度减弱，对载荷的影响与外伸激波存在差距。两道激波共同作用产生的压力脉动峰值则达到同位置外伸激波的81.2%，对叶片载荷的影响仅次于外伸激波。

针对压力脉动特性，内伸激波反射波与尾迹流道激波的压力脉动峰值和与外伸激波在折转处引起的压力脉动峰值相近，两者都是前缘主要的激励源且彼此作用时间相差1/2的上游叶片扫掠周期，因此在R2叶表气动激励以两倍的上游叶片扫掠频率为主。

研究发现尾迹/激波转转级间非定常干涉引起叶片载荷剧烈变化，高频高强度的载荷波动导致叶片动应力的增大，疲劳寿命缩减。这系列研究工作针对多级无导叶对转涡轮转转级间干涉对下游叶片气动载荷的影响进行研究，明晰多道激波/尾迹对下游转子的气动激励机制，对叶片的安全工作具有重要的意义。

本研究获得国家自然科学基金重点项目（52336002）；国家科技重大专项（J2019-III-0011-0031）资助。相关研究成果已以封面文章形式发表于《航空学报》。

图1  尾迹流道图

图2  第二级动叶表面压力脉动时空图

图3  R2叶表压力频谱分析

图4  动静应力对比