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提出了一套适用于高耗时三维气动设计问题的优化设计体系。其主要思想是采用改进拉丁超立方体试验设计选取样本点，应用自行开发的三维粘性流场求解程序进行流场计算建立数据库，采用二次响应面方法建立近似模型，再应用高效模拟退火算法进行全局寻优。以NASA rotor67为对象，在详细进行流场计算基础上采用所提出的优化体系对其进行了三维积叠优化设计。在对流量、效率加以严格约束的条件下，总压比可提高1．8％，对流场结构进行了分析。优化结果表明本优化方法省时，适于三维气动设计的特点。