本发明涉及一种超音速轴流压气机及其叶片设计方法，超音速轴流压气机包括转轴和环绕固定在所述转轴上的叶片，其中，所述叶片具有直线或曲线压力面和曲线吸力面，相邻所述叶片之间形成拉瓦尔喷管流道，所述流道分为三部分：进口压缩段、中间拉瓦尔管流压缩段和出口整流段，其中，所述进口压缩段用于产生多条压缩波或弱斜激波，将超声速流体加压；所述中间拉瓦尔管流压缩段用于利用拉瓦尔喷管增压理论对流体进一步增压；以及所述出口整流段用于调整出口流体流向，以减小掺混损失。本超音速轴流压气机，单级增压比可达3.0以上，级效率可达85％以上，可明显缩小压气机重量和尺寸，节约空间及成本，尤其适合航空发动机，可显著提升其推重比。