为应对高性能、高推重比航空发动机的设计需求,核心涡轮部件气动负荷被不断提高,这更加突出了转子叶尖泄漏流动的影响。涡轮叶尖泄漏流动是其内部损失的重要来源,制约着涡轮性能的提高。在现有研究基础上,进一步开展涡轮叶尖泄漏流动机制和高效泄漏流动控制技术研究,是航空发动机关键技术的突破内容和前沿研究课题之一。蜂窝优良的密封特性和球涡凹陷湍流增阻效应为蜂窝叶顶控制技术提供了研究思路,通过高效组织间隙气流达到控制涡轮叶尖泄漏流动的目的。本文以高负荷涡轮平面叶栅为研究对象,采用实验和数值方法系统地研究蜂窝叶顶控制技术对涡轮叶尖泄漏流动的控制机理及其泄漏流动特性。在此基础上,提出强化蜂窝叶顶作用的改进控制技术,探讨蜂窝叶顶改进结构对涡轮叶尖泄漏流动控制效果的提升。首先,开展基于Kriging代理模型方法的SST k-w湍流模型参数辨识研究工作,结合叶栅风洞实验结果对SST k-w湍流模型中的十个封闭常量进行优化。结合封闭常量极差分析,最终确定对模型中泄漏流动损失预测精度影响较大的四个因素(β*、α₁、α_∞,1和β_i,1)进行修正。通过湍流模型验证,采用修正的SST k-w湍流模型提高了对涡轮叶尖泄漏损失的预测精度。其次,开展蜂窝叶顶控制技术抑制涡轮叶栅叶尖泄漏流动作用机理的实验和数值研究。叶栅实验主要对比平顶和蜂窝叶顶方案的上端壁静压和流场油流显示、叶栅出口损失及二次流线、叶片表面静压系数。数值计算详细分析间隙内部流场细节、通道内旋涡相互作用以及叶片顶部换热情况。结果表明,在间隙内不均匀压力场作用下,蜂窝叶顶对上方间隙流体产生节流作用并在蜂窝凹腔内形成旋涡运动,叶顶一系列旋涡的能量耗散作用以及凹腔射流增阻效应是蜂窝叶顶抑制叶尖间隙泄漏流动的作用机理。将蜂窝叶顶应用到1.5级真实涡轮转子中,涡轮叶尖相对泄漏流量降低8.53%,体现了蜂窝叶顶控制技术在真实涡轮中的应用价值。在以上研究基础上,研究蜂窝几何尺寸、叶顶间隙高度、来流冲角、周期性非定常来流条件对蜂窝叶顶密封性能和叶栅气动性能的影响,主要讨论对叶尖泄漏流动总参数及流场中主要旋涡结构发展的影响规律。结果表明,蜂窝高度是影响蜂窝单元体内旋涡发展程度和泄漏流场特性的主要几何参数,小蜂窝高度的蜂窝叶顶结构密封效果总体上优于大蜂窝高度,存在最优蜂窝相对高度。间隙高度是影响泄漏流动的重要因素,蜂窝叶顶控制技术不仅可以减小涡轮叶栅对间隙高度变化的敏感性,其可磨耗性还允许涡轮运行条件下具有更小的间隙值,增强其密封效果。在来流冲角变化条件下,具有六边形结构特征的蜂窝叶顶能够在一定程度上抑制来流冲角变化带来的泄漏流动的局部增强,这使得涡轮叶栅具有更好的冲角适应特性。在周期性非定常来流条件下,蜂窝叶顶能够有效降低非定常时均泄漏流量,并减小泄漏流量随时间变化的波动幅值,体现蜂窝叶顶在非均匀来流条件下的泄漏流动控制效果。最后,基于蜂窝叶顶抑制叶尖泄漏流动作用机理,通过改变蜂窝单元体内的壁面约束对蜂窝叶顶结构进行优化组合,开展倾斜蜂窝叶顶、蜂窝-棱台组合叶顶和蜂窝-球底组合叶顶三种改进结构的研究,揭示改进结构强化蜂窝叶顶泄漏流动控制效果的作用机制,并探讨各自几何特征参数对其密封性能和涡轮气动性能的影响规律,获得最优的蜂窝叶顶改进结构设计方案。