非轴对称端壁技术在涡轮中的应用表明了其对端区流动具有改善能力,已经从涡轮平面叶栅研究逐步过渡到在型号发动机的涡轮中开展非轴对称端壁技术的研究,并通过涡轮部件实验确认了非轴对称端壁可以有效减小涡轮中二次流损失。涡轮中的流动是顺压力梯度的,而压气机中的流动是逆压力梯度的,流动更容易发生分离,这使得在压气机中应用非轴对称端壁技术的难度大于应用于涡轮中。当前对于压气机中非轴对称端壁造型的研究对象主要集中在平面叶栅、单排叶片以及单级压气机上,这些研究并不能考虑多级压气机中的附面层发展及各级之间的匹配等因素,这也是非轴对称端壁技术尚未应用到型号发动机的压气机中的重要原因之一。当前缺乏在多级压气机中进行非轴对称端壁造型优化设计的工程经验,也缺乏在多级压气机中开展非轴对称端壁的实验研究,针对该研究背景,本文开展了多级轴流压气机中间级静子的非轴对称端壁的优化设计和实验研究,填补了多级轴流压气机中进行非轴对称端壁研究的空白,为端壁造型优化设计的工程应用奠定了基础。主要研究内容分如下四部分进行:第一部分对某四级轴流压气机进行了特性测量、各叶排出口截面详细流场测量,得到了该压气机内各叶排的流动特征,将第三级（中间级）静子选择为原型静子进行非轴对称端壁研究。对设计状态下的第三级静子开展了叶表静压测量和静子通道内流场测量,测量结果表明第三级静子在设计点的机匣端壁附近流动较差,该流动缺陷起始于61%轴向弦长的机匣/吸力面角区;在近失速点的静子轮毂附近存在高损失区,是根部角区流动恶化造成的。第二部分,构建了中间级静子实验平台及中间级静子优化设计平台。构建的中间级静子实验平台方便进行多组参数化造型端壁的实验研究,通过换装局部（而非全环）改型端壁及叶片实现在多级环境下对多组非轴对称端壁静子进行详细流场测量,并且采用3D打印技术加工改型端壁及叶片,通过这两方面使得多级环境下对改型端壁的静子流场测量实验的成本更低、周期更短。对四级压气机和第三级分别进行了数值仿真,验证了数值仿真对四级压气机特性和第三级静子进出口流场及静子损失系数的预测能力,基于第三级数值仿真构建了中间级静子优化设计平台。第三级仿真的进口条件来自于四级压气机实验中测得的前两级压气机出口数据,保证了优化过程中针对第三级的仿真反映了四级压气机中的流动环境。针对第三级优化设计得到的端壁造型,通过中间级静子实验平台进行多级环境下的实验测量,来验证优化设计结果在多级实验环境中的优化效果。第三部分,在设计点进行中间级静子的机匣端壁优化设计研究。提出了近端壁的局部叶高损失系数作为优化时的目标函数,与传统的全叶高总压损失系数相比,近端壁的局部叶高总压损失系数作为目标函数增大了端区流动变化在目标函数中的权重系数。针对目标函数,开展了4种不同局部叶高总压损失系数与传统的全叶高总压损失系数的优化方案的对比研究,优化结果表明,经过有限步数（400步）的优化,相较于全叶高总压损失系数作为目标函数的优化方案,以90%叶高以上的总压损失系数作为目标函数的优化方案可以使得近机匣端壁的总压损失系数下降更多。将优化得到的端壁造型在多级压气机设计点进行对比实验,实验结果表明,90%叶高以上的总压损失系数作为目标函数时,使得近机匣端壁10%叶高以内的总压损失系数下降22.55%及全叶高总压损失系数下降9.27%,优于传统的全叶高损失系数作为目标函数的优化方案,传统优化方案仅使得近机匣端壁10%叶高以内的总压损失系数下降7.24%及全叶高总压损失系数下降3.45%。第四部分,在设计点非轴对称机匣端壁优化设计的基础上,将端壁造型位置扩展为轮毂端壁和机匣端壁同时造型,依次进行了在设计点、在近失速点以及同时在设计点和近失速点的端壁造型优化设计研究,针对优化中的目标函数,分别开展了3种情况下的全叶高总压损失系数和上下端壁局部叶高总压损失系数的优化方案的对比研究。选取设计点和近失速点同时优化方案中目标函数分别为全叶高总压损失系数及上下端壁的近端壁10%叶高以内的总压损失系数的优化结果进行了对比实验,实验结果表明,在降低静子损失方面,上下端壁的近端壁10%叶高的总压损失系数作为目标函数的优化效果优于传统的全叶高总压损失系数作为目标函数的方案,在设计点,使得全叶高总压损失系数多降低4.67%,在近失速点,使得全叶高总压损失系数多降低4.56%。通过设计点和近失速点的各优化结果与原型静子的对比实验研究,揭示了非轴对称端壁改善端区流动的机理。通过将优化方法中的目标函数从传统的全叶高总压损失系数替换成上下端壁的近端壁局部叶高总压损失系数,在有限的优化步数（400步）内实现了对近端壁及全叶高总压损失系数更大程度的降低,优化速度更快,在一定程度上减少了优化耗时,有利于非轴对称端壁优化设计技术的工程应用。通过这四部分的研究,填补了非轴对称端壁技术在多级轴流压气机中的优化设计和实验研究的空白,探索了针对多级压气机中间级静子的非轴对称端壁优化设计方法,通过采用近端壁局部叶高总压损失系数作为目标函数降低了优化耗时,为该技术的工程化应用奠定了基础。