轴流压气机是燃气轮机和航空发动机中的重要部件，对提升整机性能水平至关重要。而叶型作为压气机气动性能的基础，既需要其在设计点下具有更低的损失，又需要具有更宽的工作范围来满足压气机的裕度设计要求。

航空发动机在工作时面临着雷诺数的巨大变化。在低空时，空气稠密，压力和密度比较高，雷诺数较高；在高空时，空气稀薄，压力和密度比较低，雷诺数也较低；同时随着民航发动机的发展，不断提高涵道比，风扇直径逐渐增大，核心机的高压比需求增大，导致压气机叶片逐渐变小且转速逐渐增大，也带来了雷诺数效应等问题。因此，对低雷诺数下的轴流压气机叶型的工作性能进行研究和改进，能够提高发动机的性能。

目前对于压气机低雷诺数流动的研究主要集中在采用实验和数值模拟手段分析损失机理方面。相比于传统方法，自动优化方法通过参数化方法对叶型进行表达，将数值优化问题与流场模拟相结合，在由优化参数构成的优化空间中进行寻优，最终以较低的代价即可获得符合要求的叶型几何。

目前轴流压气机低雷诺数叶型优化设计方面已经取得了一些进展，但已有研究多针对于特定的低雷诺数工况，缺乏兼顾高低雷诺数流动的相关探索；且当前研究多基于CFD求解器，采用全局优化算法，优化计算时间长，难以满足日常设计需要。工程可用的叶型优化工具应该具有计算准确、求解快速和结果确定的特点。本文首先验证了准三维求解器MISES对于低雷诺数流动的预测精度，对于V103叶型计算得到的转捩位置与实验值偏差小于5%，证实了其在低雷诺数流动中的可用性；然后基于多圆弧（MCA）叶型程序，利用增强精英保留遗传算法，搭建轴流压气机叶型准三维气动优化设计平台；最后以总压损失系数为优化目标，出口气流角为约束条件，对V103叶型进行了低雷诺数单点和高低雷诺数综合优化设计。

图1 V103叶型MISES计算与试验结果的对比

研究结果表明：低雷诺数单点优化后，抑制了叶型层流分离泡现象，总压损失系数减小31.31%，性能显著改善；高低雷诺数综合优化后叶型在高雷诺数和低雷诺数下总压损失分别减小了3.05%和3.03%。本文研究结果证明了所发展工具的有效性和考虑雷诺数叶型优化的可行性。

(b)高低雷诺数综合优化叶型对比

(c) 单点优化表面摩擦系数对比

(d)综合优化表面摩擦系数对比

图2优化结果对比