当前成熟的轴流压气机气动设计体系主要是基于通流计算模型的准三维设计体系，其中，计算流体力学在轴流压气机设计过程中主要起到求解器的作用。近年来，轴流压气机设计人员一直希望发展一种基于全三维流场数值模拟的全新设计方法。为了将计算流体力学更加直观地应用于轴流压气机设计过程中，对全三维反问题设计方法的研究不断深入。本文基于数值求解全三维Navier-Stokes方程，对轴流压气机反问题设计理论及方法进行了深入系统的研究，建立起了全三维反问题设计方法，开发出相应的三维粘性流场正问题计算程序和反问题设计程序，并针对多种不同类型的轴流压气机开展了全三维反问题设计应用研究。　　为对轴流压气机内部流场进行全三维数值模拟，本文采用基于网格体中心的有限体积法求解直角坐标系下的Navier-Stokes方程。运用JST中心格式以及Steger-Warming迎风分裂格式进行通量计算。分别采用显式混合Runge-Kutta和隐式LU-SGS格式进行时间推进。湍流粘性的模拟采用了Baldwin-Lomax代数湍流模型。添加多种加速收敛措施，以提高求解效率。为了验证压气机内部流场数值模拟的精度，采用多个不同类型的压气机作为算例，将计算值与对应的试验值进行对比。结果显示，计算得到的压气机气动性能与相应的试验结果吻合较好，验证了压气机内部流场求解的正确性和有效性。　　以反问题设计理论为基础，发展了两种轴流压气机反问题设计方法，载荷—叶片中弧面反问题设计方法和静压—叶片型线反问题设计方法。两种反问题设计方法分别以叶片表面载荷和静压分布作为输入的气动参数分布条件，以叶片中弧面和叶片型线作为设计目标。反问题设计方法的核心是反问题边界条件，针对所发展的反问题设计方法改进和发展了与之相适应反问题边界条件。同时详细阐述了反问题设计方法实施过程中的叶片几何更新方法和设计流程。创新性地采用动网格技术对叶片几何构型变化后的计算网格进行更新。为了验证反问题设计方法的有效性和正确性，采用叶片返回试验对其进行验证。结果表明，反问题设计计算结果较好地满足给定的目标载荷分布和目标叶型几何，验证了反问题求解的正确性和有效性。　　从工程实践背景出发，对反问题设计方法的应用进行了深入研究。为抑制压气机中亚声速流动分离，以NASA Rotor 67为研究对象，通过调整叶片表面载荷分布，消除了该转子叶根尾缘处的流动分离。同时对多叶排反问题设计改型方法进行了详细研究，针对DLR单级跨声速压气机转子和静子叶片表面载荷分布特点，对其叶片表面载荷分布进行了改进，并采用反问题设计计算求解出新的叶片几何构型，提高了压气机总体气动性能。将反问题设计方法应用于多级轴流压气机级间气动匹配，采用某4级压气机为研究对象，建立起叶片表面载荷分布与叶片出口旋流角之间的关联关系，在反问题设计过程中自动调整叶片表面载荷分布，从而使得叶片出口旋流角满足设计要求，进一步优化了压气机级与级之间流动匹配。为控制跨声速压气机叶片通道内激波强度，采用反问题设计方法，调整Rotor 67叶尖附近叶片表面静压分布，降低激波前、后逆压梯度，从而控制了激波强度，减小了激波损失。针对激波/附面层干涉引起的流动分离现象，采用调整激波前后逆压梯度的方法，抑制了Rotor 37叶片表面流动分离。为了进一步研究反问题设计对轴流压气机叶片通道流动结构控制方法，结合可控扩散叶型设计理念，对Stage 35静子叶片进行了改型设计，利用等熵马赫数，建立起叶片表面静压与气流速度之间的关系，成功控制了叶片通道内的流动结构。