波转子作为气波引射核心部件,其结构形式对设备性能具有显著影响,因此本文针对传统直通道波转子运行过程中流动损失问题,创新性提出一种前向流道结构。通过理论分析和数值模拟等手段对波转子内部气体流动规律进行深入分析,确定其倾角结构参数设计方法。搭建性能实验平台,验证结构的合理性,并研究不同工况及结构参数对气波引射性能影响规律,相应内容及主要结论如下:(1)基于气波引射理论分析,确定各阶段流道内气体运动状态,以减小波转子与气流相互作用力、降低流动损失为目标,依据进、排气侧流道倾角正切值应等于相应位置气体射流速度与流道转动线速度比值设计方法,确定前向流道主要结构参数。(2)建立前向流道波转子数值模型,研究气波引射过程中压力波及气体流动规律,发现基于理论设计的前向流道波转子可有效减小因旋涡以及流动分离带来的能量损失,从而提升设备引射性能。针对不同倾角组合前向流道波转子,分析各操作参数对倾角设计及引射性能影响,得到随压比和转速改变,除引射性能发生明显变化外,相应流道倾角结构与气流运动以及转子转动间匹配关系也随之发生变化,且理论设计倾角结构的性能提升幅度最大点均处于设计工况附近。(3)搭建前向流道波转子气波引射实验测试平台,研究不同操作参数和结构参数下引射性能变化规律。得到转速恒定条件下,当压缩比不变,随膨胀比升高,设备引射率、等熵效率均先升高后下降;反之,当膨胀比不变,随压缩比升高,设备引射率逐渐降低,等熵效率先升高后下降。各端口压比恒定条件下,随转速升高,引射性能起初因流道倾角匹配关系改变而降低,之后受转速影响而略有提高,但随之继续增加,倾角匹配关系严重恶化,流动损失增加,引射性能下降。对比同工况下直通道波转子实验数据,前向流道波转子引射性能明显较高,且在倾角设计工况下,其提升比例可达到43%。随高中压端口偏距偏离设计值,设备引射性能明显下降,证明依据理想波图端口设计方法的合理性;随进出口间隙尺寸增加,泄露量增大将导致引射性能下降,且与排气侧间隙尺寸相比,进气侧间隙因致使高低压气体掺混而对性能影响程度更为显著。(4)针对前向流道波转子进行三维数值计算,并与直通道结构相比,发现新结构可有效避免流道内前缘低压区的产生,且使得气体分界面扭曲程度减小,满足理论设计目标。随倾角结构参数、进气压比以及流道转速改变,均会一定程度上导致上述理想倾角匹配关系发生改变,进而造成流动状态偏离最优设计工况。