风扇/压气机作为航空发动机中的重要部件,其性能的改进对发动机有着至关重要的影响。随着数值模拟技术的不断成熟,基于优化理论的气动设计方法逐渐兴起并吸引了众多学者进行研究与应用。本文的工作就是从这一方面着手,对以NASA Rotor37为代表的跨声速压气机转子,采用全三维气动优化设计体系对其进行气动优化设计。本文首先应用NASA Rotor37的实验数据验证了基于Dawes的三维N-S方程的流场求解程序,并应用该程序对NASA Rotor37进行了流场数值模拟,得到了细致的流场结构,详细地分析了跨声速风扇转子中的流动特点。采用B样条曲线对叶轮机械叶片进行参数化,通过将其转换为约束问题,与遗传算法、模拟退火算法相结合,可以方便、准确地反求B样条曲线控制点,保证拟合精度,为进行叶轮机械的改型气动优化设计做好准备。考虑到单纯采用遗传算法或模拟退火算法寻优的流场评估次数数量巨大,采用基于改进的拉丁超立方体实验设计的响应面模型方法与遗传算法、模拟退火算法结合构成的高效、准确的具有全局寻优能力的气动优化设计体系,对NASA Rotor37转子重新进行了三维气动优化设计。分别考虑了中弧线、厚度分布、三维积迭形式对NASA Rotor 37动叶气动性能的影响,构造了不同形式的三维叶片,并对其性能进行了详细分析。采用该优化设计体系进行了三维叶片的总压比、绝热效率等总体性能参数的多目标优化设计,并与单目标优化结果进行了对比,表明了多目标优化设计的重要性。更进一步,考虑到NASA Rotor 37实际工作需要良好的变工况特性,而单一工况点的设计无法保证,采用该优化设计体系初步进行了多工况点的优化设计,并进行了数值分析。