波瓣混合器广泛应用于中小涵道比涡扇发动机的排气系统中,具有减重、增推、降噪及抑制红外辐射等优点。研究人员在深入研究其掺混机理、参数化影响规律(气动参数、几何参数等)的基础上总结了一些波瓣混合器的设计经验准则。但随着波瓣混合排气系统设计越来越注重各部件间的匹配和一体化设计,极大地限制了传统设计经验准则的应用范围,亟需开发新的设计方法。本文应用基于序列近似优化框架的数值优化设计方法,建立了波瓣混合排气系统进多目标优化设计流程,其中以波瓣混合器上扩张角和长高比为设计变量,以掺混效率、推力及总压损失为优化目标,以BP神经网络和遗传算法(或NSGA-II算法)分别对优化问题进行近似模型拟合和寻优求解。在此基础上,分别用归一化方法及非归一化方法完成了对某型波瓣排气系统进行了多目标优化设计,在设计工况及非设计工况下考核了波瓣优化构型的气动性能,分析了其消旋特性和增强排气系统气动性能的机理,完成了波瓣多目标优化设计方法的可行性验证。针对非设计工况(进口预旋)下,优化波瓣构型波谷与中心锥之间泄漏旋流增强导致波瓣混合排气系统推力增益下降的问题,本文进一步完成了一体化波瓣混合排气系统的优化设计,利用集成OGV显著地抑制了泄漏旋流,实现了为排气系统增推、减损的目的。波瓣混合器的上扩张角和长高比的对气动性能的影响是相互耦合的,应当尽量避免上扩张角和长高比的同时增加或减小。在适当增大长高比的同时,减小上扩张角,有利于以较小的掺混效率下降为代价实现增加推力和降低总压损失的目的。两种波瓣优化构型上下扩张角和波瓣高度均有所减小,抑制了流向涡的径向尺度,使得掺混效率下降,总压损失减小,而输出推力增加。在进口预旋下,两波瓣优化构型下扩张角的减小增强了波谷与中心锥之间的泄漏旋流,使得其气动性能受泄漏旋流的影响更加明显。与归一化求解方法相比,非归一化求解方法更适合波瓣多目标优化设计,其优化解与基准波瓣相比,掺混效率下降4.46%,推力增益增加2.29%,总压损失减少0.64%,即使在进口预旋20°工况下其推力增益也有0.78%,高于归一化优化构型。一体化波瓣混合器的集成OGV的集成位置为波谷尾缘,基于波瓣数目一周布置15个集成导叶。集成OGV可有效抑制波谷和中心锥之间的泄漏旋流,有利于输出推力的提高。集成OGV表面存在明显的流动分离,是抑制其消旋和增推能力的重要因素。