涡轮叶顶间隙流动十分复杂,叶顶间隙泄漏损失约占气动损失的三分之一左右,并且叶顶间隙与叶高相对比值每增加1%,涡轮效率下降0.8%～1.2%。故减小叶顶间隙降低泄漏损失是提高涡轮性能的重要手段,但由于过渡工况各部件的热响应速率及径向变形量不匹配,导致转子与机匣的摩擦碰撞,从而影响发动机的安全运行。因此,研究涡轮叶顶间隙变化规律并进行有效调控尤为重要。首先,在同时考虑多种载荷的情况下,现有的涡轮叶顶间隙变化预测模型无法有效预测叶顶间隙变化规律。本文针对以上问题,对叶顶间隙变化预测模型的子模型进行了参数修正。然后借助ANSYSWorkbench计算仿真平台,采用气热双向耦合和热-弹单向耦合分别求解涡轮各部件的流场与温度、结构场,并建立叶、盘以及机匣的三维间隙数值计算模型。研究表明:改进叶顶间隙变化预测模型与三维间隙数值计算模型仿真结果大致相吻合,误差小于5%,在1.35工况附近容易出现叶顶间隙的最小值。其次,本文考虑变工况下不同载荷、不同间隙高度以及实际叶顶非均匀间隙形态的影响,对叶顶间隙变化及叶顶端区流热特性进行了研究。研究表明:温度是引起叶、盘以及机匣径向变形的主要因素,分别占总变形量的82.5%、77.5%和99%左右;涡轮叶顶不同间隙高度主要影响叶片与机匣的径向变形,对轮盘变形影响很小;在非均匀间隙形态中,渐扩型间隙泄漏损失最大。最后,针对过渡态工况,研究涡轮叶顶间隙变化规律,并考虑轮盘对热响应滞后的特点,对轮盘增加封严齿进行结构优化,以调控可能出现的“危险点”。研究结果指出:在过渡态加速工况下,“危险点”出现在1.35况点延后0.35～0.5秒的时刻;在过渡态减速工况减速后的0.45～0.75秒的时刻,叶顶间隙变化曲线出现极大值点。在保证轮盘强度符合设计要求的前提下,增加封严齿对降低“危险点”出现的风险起到一定作用。本文在不同维度叶顶间隙预测模型、叶顶间隙变化影响因素、过渡态间隙变化规律以及“危险点”调控等方面的结果,可为船用涡轮增压器及航空发动机/燃气轮机研究过渡态工况下涡轮叶顶间隙变化规律及调控提供参考。