目前,随着飞行器性能的提高,对航空发动机的要求也越来越高,这使得开发研制先进紧凑的叶轮机械系统成为必要,使得其具有高效,高负荷,宽稳定裕度等特性.该文主要围绕叶轮机机械叶片的三维造型及叶轮机械内部固有的三维非定常流动现象等展开研究,主要的研究工作集中在以下三个即相互关联又相互独立的部分,即:三维弯椋叶型对流动作用的研究,多级轴流压气机重复级问题的研究和非定常数值模拟及其在动静叶干扰问题中应用的研究.研究叶片弯掠造型的影响.针对叶轮机内部流动的特点,给出了一个比外流中更为一般的掠角定义.在小扰动理论的基础上,利用解析方法对叶片弯掠造型等因素的位势影响进行了分析,用并用三维粘性数值模拟进行了验证和分析.利用所得结果,对小展弦比转子中出现的丰富的三维流动现象,如其典型的激波面扭曲和吸力面激波后掠,进行了解释,并探讨了前后掠对稳定裕度的影响.在压气机研制过程中,由通道内径向流动所诱导的径向掺混可以导致重复级的产生,而重复级流动模型为多级轴流压气机流场的诊断具有重要意义.该文利用数值手段研究了负荷对重复级流动产生的影响,提出了重复级边界条件模型,以便更为有效地对重复级流场进行数值模拟,确定产生重复级的最少级数,并与多级直接联算的结果进行了对比.由于在非定常流动数值模拟中,对计算机资源需求大,计算所需时间长.该文把隐式双重时间步方法引入非定常的数值模拟中,并利用双重时间步方法对经典的非定常现象:圆柱尾迹绕流及双圆弧叶型表面激波摆动等进行了计算,成功地模拟出圆柱尾迹Karman涡街和翼面激波的摆动,证明双重时间步方法在非定常数值模拟中具有收敛快,精度高的优点.以NASA67第一级为例,利用双重时间步方法进行三维非定常数值模拟,研究了计算网格及物理时间步长对计算结果的影响,并对压气机内的非定常流动现象加以分析和探讨,给出了压气机通道中部分非定常流动流动图画,研究了非定常尾迹与下游叶片排的相互作用机理,以及非定常流动现象对叶轮机性能的影响.