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离心压气机由于其结构紧凑、零部件少、压比高、可靠性高、稳定工作裕度宽等优势在中小型航空发动机中占据极其重要的地位。然而,由于客观存在的流道折转剧烈和离心力、科氏力的作用,离心压气机内部流动的三维性较强,导致叶轮出口气流不均匀性增加,直接恶化叶轮与下游扩压器的匹配关系,限制了扩压器乃至压气机整级性能的提升。同时,在高压比和高负荷的发展趋势下,离心压气机内部流动不均匀、流动超音、叶轮与扩压器匹配困难等问题进一步凸显。基于流动控制思想的串列叶轮气动构型是一项有望突破高负荷离心压气机设计瓶颈的新技术,本文根据现阶段高负荷离心压气机研究现状和发展趋势,围绕离心压气机串列叶轮构型流动机理、关键参数影响规律和设计方法等问题,以某航空发动机高负荷离心压气机为研究载体,借助经过校核的数值模拟手段,深入细致地开展了以下4个方面的研究工作:（1）离心压气机串列叶轮周向布局机理研究。设计了具有不同诱导轮和工作轮相对周向位置的串列叶轮,详细分析了周向布局在串列叶轮设计中的决定性作用,明确其对离心压气机性能和内部流动影响规律,深入辨析了跨音速和亚音速来流条件下串列叶轮气动构型带来的气动性能收益,揭示了跨音速来流下Kutta条件和Conada效应主导的工作轮叶片位势作用对诱导轮通道激波的调控作用,探讨了串列叶轮构型对叶轮通道内二次流动的组织与调控效果,明晰了诱导轮叶片脱落涡与科氏力主导的横向二次流动相互作用机制,阐明了串列叶轮出口流场品质和扩压器性能提升机理,提炼了周向相对位置参数的选取准则。（2）离心压气机串列叶轮轴向布局机理研究。设计了具有不同诱导轮和工作轮轴向相对位置和子午分割位置的串列叶轮,详细分析了串列叶轮轴向布局参数对离心压气机性能和内部流动的影响规律,探讨了不同轴向布局下Kutta条件和Conada效应主导的诱导轮/工作轮叶片位势作用,及其对离心叶轮内部激波系和低能流体等典型流动特征影响,揭示了不同轴向布局下诱导轮叶片脱落涡的产生和发展过程,对比了其与科氏力主导的横向二次流动作用关系,提炼了轴向布局参数的选取准则。（3）离心压气机串列叶轮全三维诱导轮设计方法研究。借助串列叶轮构型带来诱导轮新的设计自由度,设计了具有不同弯掠特征的诱导轮叶片,通过复合弯掠设计使得设计转速下离心压气机效率提高了2.11%,揭示了诱导轮叶片前掠调控诱导轮激波和抑制低能流体径向迁移的机理,探明了诱导轮叶片负弯对诱导轮叶片脱落涡与离心叶轮内部固有涡系间相互作用的促进效果,得到了串列叶轮诱导轮弯掠参数的最佳取值范围,建立了耦合全三维诱导轮的串列叶轮设计方法。（4）离心压气机串列叶轮普适性设计方法研究。以离心叶轮进/出口直径比D1t/D2为标准设计了具有不同子午流道和周向布局型式的串列叶轮,深入辨析不同叶轮进/出口直径比下串列叶轮构型优越性,探明了不同离心叶轮类型下串列设计对离心叶轮激波系的控制效果,对比了诱导轮叶片脱落涡对叶轮出口流场品质和下游扩压器性能提升作用的范围,提出离心压气机是否适合采用串列叶轮设计的判据,破解了现有串列叶轮研究结论不统一的矛盾。通过本文研究,揭示了串列叶轮内部复杂流动调控机理,明晰了串列叶轮构型关键设计参数的影响规律和作用机制,总结了耦合全三维诱导轮的离心压气机串列叶轮设计方法,为我国航空发动机用先进高负荷离心压气机的设计提供了基础性理论支撑。