随着科学技术的发展,大流量、高压比的压气机设计日趋紧俏。当前有很多性能优良的压气机,但仍不能满足新的需求。然而重新设计和制造一台新的压气机耗费较大,因此压气机加级设计就显得尤为重要。压气机加级设计不仅能充分利用原有压气机的性能,还可以显著增大压气机压比提高流量,并缩短设计周期,最终设计的压气机也具有较高的可靠性。本文首先基于相似模化理论,从原压气机特性出发,寻求压气机加级设计的最佳匹配点,获得了匹配截面的气动参数,进而对压气机跨音速零级的提出气动设计要求。然后根据压气机零级设计要求,对压气机零级进行一维通流设计,从两类流面设计理论出发,应用参数化造型程序完成了压气机零级的准三维设计。在保证匹配截面气动参数的前提下,利用NUMECA商业软件对跨音速零级子午流道、叶型和叶片数目、弦长等参数的进行了优化设计,确定了叶片和流道的几何参数。将优化后的零级压气机性能与原型压气机进行了对比,并检验了零级压气机出口气流速度和气流角沿径向的分布情况,以保证零级压气机和原型压气机的匹配特性。最后利用数值模拟软件对压气机加级后的整机性能进行了计算,并与原型压气机进行了对比分析,研究了压气机的变工况特性。通过以上研究,得出：压气机加跨音速零级设计显著增加了压气机的流量和压比,零级与原压气机匹配良好。新加的零级不仅改善了原压气机的流动状况,还拓宽原压气机的稳定运行范围。