波瓣混合器在航空发动机增加推力、降低油耗、抑制排气噪声与红外辐射等方面展现出了诸多的优势,因此被广泛应用于中小涵道比涡扇发动机混合排气系统。长期以来,学者致力于轴向进气时波瓣混合器加速内外涵掺混的机理研究。然而,发动机推重比的提高要求低压涡轮的负荷增大,对于使用高负荷低压涡轮的高性能发动机,波瓣混合排气系统的内涵进口气流存在预旋,该进口预旋会显著削弱波瓣混合排气系统性能,进而影响发动机性能。虽然也有学者对来流预旋条件下波瓣混合器机理及性能变化进行了研究,但通过改变波瓣混合器结构来适应来流预旋的研究却鲜有报道。本文以某发动机波瓣混合器排气系统的缩比模型为研究对象,提出了基于叶片造型理论的消旋波瓣混合器设计方法。并以中科院工程热物理研究所的低速同心双环流风洞试验台为依托,借助七孔探针和热线风速仪等测量手段,辅之以数值计算方法,对基准波瓣和消旋波瓣进行了细致地研究。在理清基准波瓣掺混机理的基础上,深入探讨了消旋波瓣几何参数及来流预旋角变化对消旋波瓣掺混机理的影响,对比分析了消旋波瓣与基准波瓣掺混机理的变异机制,并进一步探索了切凹扇处理对两种波瓣掺混机理及其性能的影响。主要研究结论如下:对基准波瓣混合器的研究表明,波瓣的特殊交变褶皱结构诱导形成大尺度的流向涡,并在波瓣下游流场中形成与波瓣尾缘截面形状一致的正交涡环,流向涡与正交涡环的相互作用以及涡系自身的破碎共同支配着内外涵两股流体的掺混。在进口预旋条件下,中心锥与波谷之间形成的泄漏流加速了波谷附近内外涵两股流体的掺混,但也极大的削弱了波瓣混合排气系统的性能;波瓣内表面背风面形成具有大面积低压区的吸力面,吸力面附近内涵流体的流动状态恶化。对两种波瓣的对比研究表明,在进口预旋工况下,消旋波瓣调整吸力面侧静压分布,改善了吸力面附近内涵流体的流动,但对波谷与中心锥之间泄漏旋流强度的影响较小。消旋波瓣的弯角决定了波瓣的载荷和整流能力,消旋波瓣的几何出口角决定了波瓣尾缘截面中径处气流的周向角度。波瓣尾缘截面周向气流角的分布决定了波瓣下游流向涡的形成与发展,波瓣中径处具有较大气流角的周向旋流抑制了波峰处顺时针流向涡的形成、促进了波峰处逆时针流向涡的形成,消旋波瓣增加了波瓣吸力面附近流体的径向静压梯度,一定程度上增加波峰处顺时针流向涡的强度。另外消旋波瓣也通过改变顺、逆时针流向涡核的相对位置,增加了对正交涡环的拉伸从而加速了两股流体的掺混。在多个进口预旋工况下,消旋波瓣均改善波瓣吸力面附近流体的流动,其总压损失以及推力性能均优于基准波瓣。切凹扇波瓣的内外涵两股流体在凹扇型缺口内开始相互作用,提前引入了流向涡、增加了内外涵流体的掺混。进口预旋抑制了切凹扇基准波瓣吸力面凹扇型缺口下段附近内涵流体向外涵的刺入作用,而切凹扇消旋波瓣则减小了该抑制作用。切凹扇处理均会在下游流场凹扇型下切痕附近形成附加流向涡对,导致波瓣的整流能力下降,而消旋波瓣整流能力的下降程度大于基准波瓣,同样的切凹扇形状导致两波瓣尾缘截面不同的气流角分布,切凹扇消旋波瓣附加流向涡的强度大于切凹扇基准波瓣。在高进口预旋工况下,对波瓣进行切凹扇处理会减小波瓣输出推力,但切凹扇消旋波瓣的推力依然大于切凹扇基准波瓣。