燃气轮机是对国防安全和国民经济都具有重要意义的动力设备。多级轴流压气机作为燃气轮机的三大部件之一,其设计技术是燃气轮机的核心技术。由于多级轴流压气机内部流动的复杂性,高性能压气机的设计难度很大,已经成为燃气轮机技术发展的瓶颈之一。本文针对多级轴流压气机流道内各种不同的流动和损失特点,提出了“区域分解、针对优化”的总体优化思路。对主流区二维叶型损失,叶顶间隙泄漏损失,角区分离损失以及气封间隙泄漏损失采用不同的方法进行有针对的优化。分解简化了复杂优化问题,减少了优化设计的盲目性,增强了结果的可控性。基于该优化思路,集成叶片参数化造型、流场性能评价和遗传优化算法建立了正反问题相结合的多级轴流压气机分析与优化设计系统。其中,采用三次Bezier曲线表达中弧线,叠加厚度分布实现二维叶型造型,采用组合多段线表达弯掠叶片的积叠线,进行三维叶型的参数化造型,通过求解三维粘性流场进行性能评价,采用改进的遗传算法实现最优化搜索。针对多级优化的难点问题,提出了“目标函数分解、并行优化”的多级优化问题的解决方案,实现了对多级优化问题的快速有效求解。并分别进行了单排和多级轴流压气机优化设计实例研究。某多级轴流压气机的高压级两级和某多级轴流压气机跨音级两级半的优化设计研究结果证明了该多级轴流压气机优化设计系统的可靠性,其中“目标函数分解、并行优化”的多级优化方案节约了计算时间,具有很大的工程应用价值。另外,本文还针对压气机静叶根部的气封泄漏问题,提出了一个增加上游气封口削角的优化方案,定常和非定常的计算结果表明,该优化方案有效地控制了泄漏流和主流的掺混,减少了掺混损失,提高了压气机效率。综上所述,“区域分解、针对优化”的优化思路是合理可行的,据此建立的多级轴流压气机优化设计系统解决了多级优化的难点问题,能够快速有效地进行多级轴流压气机的优化设计。