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针对一级半透平级的直叶片，采用遗传算法和人工神经网络耦合气动性能分析方法，进行三维优化设计。优化设计目标是在流量和进出口气流角的约束：条件下，等熵效率最大。优化设计结果表明：在流量和进出口气流角的约束条件下，相比于初始设计的一级半透平级，优化设计得到的等熵效率提高了1．67％。优化设计得到的动静叶之间的出口气流角匹配合理，减少了攻角损失；各列叶栅扩压区和扩压梯度均有减少，降低了二次流损失，提高了等熵效率。