增加叶片气流转折角是提高涡轮部件负荷水平、增加发动机推重比,继而提高发动机整体性能的方法之一。但现有研究表明,大转折角高负荷涡轮叶栅内部存在严重的流动分离,使得涡轮效率急剧下降而无法满足高性能航空发动机应用发展的迫切需要。叶顶间隙是造成涡轮效率降低,继而影响发动机整体性能的另一个重要因素。实验与数值研究表明,叶顶间隙中的泄漏流动对涡轮叶栅的气动性能具有很大影响,叶顶间隙流动不仅造成漏气损失,而且会在叶顶附近形成复杂的涡系结构,产生新的流动损失和流动稳定性问题。本文以160。大转折角超高负荷涡轮叶栅作为研究对象,在已有实验基础上,采用数值模拟研究方法,并结合拓扑学原理,将超高负荷与间隙这两个因素结合起来,研究有/无叶顶间隙超高负荷涡轮叶栅内附面层迁移——流动分离——旋涡发展——损失分布之间的内在联系,从而为超高负荷涡轮叶栅的气动优化设计提供借鉴与参考。首先数值模拟无间隙超高负荷涡轮叶栅内的流动。详述超高负荷平面涡轮叶栅内马蹄涡、通道涡、壁角涡、尾缘涡和端壁二次涡等涡系的产生、发展和演化过程,以及它们之间的相互作用关系；在此基础上,研究进口冲角对流动影响,结果表明超高负荷涡轮叶栅对冲角的变化十分敏感,随着冲角的增大,流动效率急剧下降。其后引入叶顶间隙,采用数值模拟与拓扑分析相结合的方式研究超高负荷涡轮叶栅内间隙流动特征,详细分析泄漏涡、叶顶分离涡、上通道涡等的流动细节,在此基础上分析间隙高度和来流附面层厚度对流场的影响。结果表明,超高负荷涡轮叶栅叶顶间隙区存在多种形式的流动分离,泄漏流非常强烈,不仅直接影响上通道涡的形成与发展,使通道涡整体向叶根移动,而且部分泄漏流进入下通道涡；随着间隙高度增加,叶顶分离涡和泄漏涡均明显增强,叶片负荷尤其是叶尖负荷有所降低；来流附面层厚度变化对流动的影响相对较小,随着附面层厚度的增加,旋涡强度、尺寸以及总压损失系数略有增加。