本文针对叶轮机械叶片的气动优化方法进行了研究,综合参数化造型方法、FLUENT计算软件、正交设计方法,以及基于梯度的参数分析法和响应面方法,发展了一种适用于轴流叶轮机械叶片气动优化设计的方法。首先,在本课题组工作基础上,发展了一种采用三次多项式和修正的四次多项式相结合的方法来构造二维叶型的厚度分布。该方法在不增加新变量的情况下,使叶型可变范围增大,能够重构出科学研究和工程中所能遇到的大部分轴流叶轮机叶型。其次,在二维叶型参数化的基础上,引入了三维径向积叠线的参数化,实现了具有周向弯曲结构的三维叶片造型,并为积叠线的优化提供设计变量。此外,分析比较了均匀设计和正交设计两种试验设计方法,将基于正交设计的二次多项式响应曲面优化方法引入到叶片的气动优化设计中,并采用方差分析法对响应面模型进行评估。采用本方法分别对某VKI二维透平叶型和某汽轮机三维静叶进行优化设计。优化后VKI叶型的能量损失系数比原始叶型降低了0.6个百分点,三维静叶的能量损失系数比原始叶片下降了1.04个百分点。此外,对三维静叶的积叠线进行参数化和CFD分析,采用叶片倾斜结构改善了叶片根部的流动。计算结果表明,对于轴流叶轮机械叶片的优化问题,本方法能够以较少的变量控制叶片几何形状,且能有效分析各设计变量对目标函数的影响程度和范围,缩小优化问题的规模,得到满意的优化结果,可作为一种有效的叶片优化设计工具。