直升机具有机动性好、起降方便以及可悬停等特性,能在各种特殊条件下工作,被广泛应用于救援、搜索和运输。由于运行环境的多样和多变,直升机经常会在较恶劣的条件下工作,例如沙漠、湖面及冰雪地等,会导致固体颗粒进入发动机进气道,这将严重的影响发动机的运行安全、工作效率和使用寿命。为了缓解由于恶劣环境引起的直升机发动机损伤,一般会在发动机前安装进气净化装置,目前使用最多的是整体式惯性粒子分离器。整体式惯性粒子分离器是利用粒子惯性较大的特点以适当的流道变化,使粒子通过清除流道排出。本文针对带叶片的整体式惯性粒子分离器进行详细数值分析,评估粒子分离器在不同条件下的性能,并对粒子分离器的流道进行优化设计,寻找性能更好的流道模型,主要研究内容如下:1.研究不同粒子直径、粒子入口速度、扫气比对粒子分离器性能的影响,并从分离效率、总压损失系数及静压恢复系数分析粒子分离器的性能,结果显示随着粒子直径的增大,分离效率先增后减,粒径在20μm到50μm时分离效率较高;粒子入口速度越大,分离效率越低;扫气比增大,总压损失减小,静压恢复系数增大。2.改变清除流道的叶片周向角度、进口流道以及主流道叶片稠度等,研究其对分离器性能的影响。清除流道叶片的周向安装角度应配合蜗壳几何结构,进口预旋叶片叶栅稠度增大,分离效率增大而总压损失先减小后增大;主流流道反旋叶片稠度增大,对粒子分离效率影响不大,但总压损失随之增大。3.在不考虑叶片的情况下,对粒子分离器壁面进行粗糙度敏感性分析。结果表明粗糙度对分离效率影响较小,总压损失随着粗糙度增大而增大,对流动影响最大的是主流道外壁面,其次是主流道内壁面,其他壁面影响不明显。4.在性能研究基础上,对流道型线进行多目标优化。以Pareto优化理论和Kriging代理模型为基础,耦合UG、ICEM、CFX等软件,利用MATLAB搭建优化平台,形成一个自动采集样本、参数化建模、求最优边界、找最优解的平台。用该平台首先分别对流道外壁面、流道内壁面、主流道外壁面进行优化,然后同时对流道内壁面和主流道外壁面进行优化,得到流道优化方法。本文通过详细数值模拟,得到了粒子分离器的基本性能,不仅为研究该型粒子分离器提供数据支撑,也为其他类型惯性粒子分离器研究作参考。另一方面通过搭建优化平台,以及优化结果的分析,为今后的粒子分离器设计提供技术参考。