Para explorar el mecanismo de flujo interno y mejorar el rendimiento de un compresor supersónico, se desarrolló un método de diseño de optimización global eficiente para un compresor de flujo axial y se aplicó en el diseño de optimización de un prototipo de compresor supersónico. Basado en los parámetros de las palas de arco circular múltiple (MCA), el método se puede utilizar para parametrizar la etapa elemental de la pala. La solución optimizada se obtiene al cambiar la etapa elemental y las líneas de apilamiento de la pala durante el proceso de optimización. Tiene las ventajas de tener menos variables de optimización, una fuerte intuición física y una superficie suave. Los resultados de la optimización muestran que un cambio en los parámetros de forma de la pala del rotor tiene un efecto significativo en la eficiencia del compresor en condiciones de diseño, mientras que un cambio en los parámetros de barrido sesgado del estator es el principal factor que mejora el rendimiento del compresor en condiciones cercanas al estancamiento. Resultados numéricos adicionales muestran que el rotor optimizado cambia la forma del choque, debilita el grado de interferencia de la capa límite del choque, inhibe el flujo de migración radial del rotor supersónico, reduce la pérdida en la parte superior de la pala del rotor y mejora el rendimiento del compresor en condiciones de diseño. La optimización del estator restringe la generación de un vórtice de desprendimiento concentrado en la raíz de las palas y mejora considerablemente el margen de estancamiento del compresor. Finalmente, la relación de presión total y el caudal son inferiores al 1% de los valores basados en las condiciones de operación del prototipo, el flujo másico de diseño del compresor supersónico de alta carga optimizado se incrementa en un 0.25%, la eficiencia isentrópica se incrementa en un 1.05% y el margen de estancamiento se mejora en un 3.5%, verificando así la efectividad del método de optimización.