为收集高性能离心压气机出口的高动能,实现高动能向压力能的高效转化,本文进行了离心压气机出口超声速情况下的叶片扩压器流动机理研究,获得了叶片参数对超声速进口条件下流场的变化规律;通过对Levine在径向流动中的公式修正建立了径向流动下唯一进气角与叶型参数的关系,基于此成功设计了半无叶区收缩、叶片通道扩张的类拉瓦尔喷管式S型叶片扩压器,通过与传统设计叶片扩压器对比得出了其性能较高的流动原因。获得的主要结论有:1、无叶扩压器性能在全马赫数下存在最大值,最大值处于亚声速段,在超声速状态下随着马赫数的提高,扩压器性能逐渐降低,马赫数随着半径的增大逐渐减小,静压升逐渐提高,进口气流角在进口前段逐渐增加,增加量随马赫数的增大而增大。这是由于遵循质量守恒定律和角动量守恒定律,超声速入流状态下流通面积先减小后增大。2、有叶扩压器在超声速流场内通常存在2道斜激波+1道正激波的3激波系结构,扩压器经过叶片前缘后在吸力面半无叶区内逐渐加速,静压逐渐下降,直到在正激波后变为亚声速才形成扩压通道。正激波对叶片型面干扰附面层使其分离,在吸力面侧形成对涡结构,挤压流道,并在固壁侧形成流向压力面的流体,挤压压力面侧主流,扩压器扩压能力进一步减弱。随着背压增大,扩压器压力系数、总压恢复系数、静压比逐渐提高,扩压器性能增强。正激波被推出喉道后形成一道脱体激波,溢流造成了外伸激波消失,扩压器激波结构改变,进口马赫数和流量下降,进口气流角增大。扩压器压力系数、总压恢复系数继续提高,静压比下降。3、叶片扩压器对上游产生的扰动必须为膨胀波+激波(压缩波)结构才能让流场趋于稳定,因此会对进口气流角和攻角产生影响,形成唯一进气角和唯一攻角。半无叶区凸型扩压器下流场必为负攻角流动状态,在半无叶区形成斜激波+膨胀波结构,斜激波影响上游使进口马赫数降低,气流角增大,膨胀波使流动逐渐加速,气流角减小;凹型扩压器必为正攻角流动状态,形成膨胀波+压缩波结构,膨胀波影响上游使进口马赫数增大,气流角减小,压缩波使流动逐渐减速,气流角增大。压力面型线产生的扰动不能前传,因此对喉道以前的流场结构和流动规律不产生影响,只对叶片通道内流动产生影响,对扩压器总体性能影响较小。上游叶轮转速引起的扩压器进口变化由于唯一进气角的原因只表现在马赫数上,气流角不随转速的变化而变化,进口马赫数越大,静压比越大,但总压恢复系数越小,压力系数越低,扩压器综合性能越小。4、通过补充径向流动方程修正了在径向流动下的Levine法求解法,建立了径向流动下唯一进气角与叶型参数的关系,并提出新型超声速叶片扩压器设计方法,以此设计了适应超声速入流的S型叶片扩压器,在超声速流场中该扩压器为正攻角入流状态,在小厚度下就能达到大楔角的目的,拥有较强的扩压能力;较小的叶片厚度使其流通能力较强。并以此研究了进出口半径比和当量扩张角对叶片扩压器的影响,当量扩张角在4°~5°之间,叶片扩压器拥有最佳的压力系数、最大静压比、总压恢复系数和综合性能。半径在1.15~1.2之间时扩压器拥有最佳的总压恢复系数和综合性能,由于扩压沿程较小,压力系数和最大静压较小;在半径1.25~1.3之间扩压器有扩压沿程最长,有最佳的压力系数、最大静压比,但摩擦损失累计导致总压损失增大,最大综合性能较小。压力系数与最大静压比随着半径的增大会增大,总压恢复系数随着半径的增大而减小。5、通过与传统设计的扩压器进行对比,S型扩压器内部总压损失最低,抗背压能力最强(裕度最大),压力系数最高,综合性能最好。同一静压比下靠后的正激波位置赋予了S型扩压器最强的抗背压能力,当正激波被推到喉道,叶片通道内为全扩压通道时,S型扩压器压力系数最高,扩压性能最好。压力面侧受正激波影响的附面层分离减小,总压损失进一步降低,综合性能进一步提高。