现代压气机不断向大流量、高负荷、高效率的方向发展,传统叶片叶型设计方法已不能满足高性能压气机发展的需要,这促使人们去研究和开发新的叶型设计技术和优化手段,以适应高性能叶轮机械发展的要求。本文以某双级跨音压气机为研究对象,以提高其等熵效率和扩大稳定工作范围为目标,选用合适的参数化方法,结合人工神经网络技术和遗传算法,级环境下对该压气机进行多目标气动优化。针对内部复杂流动状况,制定合适的优化策略:端区一体化优化,叶型优化和积叠线优化;并在完成优化设计工作之后,对三种不同的优化设计手段进行性能提升贡献的核算,并着重分析了提高跨音级压气机气动性能的关键因素,为今后的跨音速优化设计工作提供参考。本文在原有双级压气机的基础上,进行增压改型设计探索:几何参数保证进口半径和轮毂线不变,流量不变的情况下单级实现原有双级压气机的压比,以期大大缩小轴向尺寸。设计过程中选用当代压气机的许多新设计理论和新设计概念进行了探讨和设计尝试,包括低展弦比、低反力度设计、流道收缩设计、预压缩设计等思路,并采用串列静子技术保证大的静子弯度情况下依然能实现高效的流动。初步建立“充分利用二维设计经验,以三维数值模拟为基础进行优化”的新的气动设计体系,成功完成改型设计工作,在未使用流动控制的基础上实现了2.4的总压比和85%的等熵效率。针对本文自行设计的单级高负荷压气机,对设计转速下深入分析流动细节。转子设计较为合理,尖部负荷水平较高,原因是主要增压形式是激波增压;最大效率点在机匣和端部叶型的共同作用下,尖部泄漏流动得到了很好的控制,叶尖流动损失并不严重;近失速点泄漏流动恶劣,引起发动机的“突尖波型失速”现象。前排静子叶片的落后角确定了后排叶片的进口气流角,在前排叶片分离严重的情况下,前排叶片的尾迹在后排叶片通道中堆积,流道堵塞减弱了后排通道中气流面层分离的发生,后排叶片工作状态稍有改善,后排叶片尾迹反而减薄。