涡轮发动机叶片的性能直接影响发动机各方面的性能指标，而设计过程本身涉及到了空气动力学、传热学、强度分析、振动分析、疲劳、寿命评估及可靠性等诸多学科，同时，各学科之间存在着复杂的耦合关系。因此，人们开始将多学科设计优化(MDO，multidisciplinary design optimization)引入涡轮发动机等复杂系统及零件的设计优化中。本世纪伊始，多学科设计优化理论的研究在国内尚处于起步阶段，在航空发动机设计中的应用也较少。但近几年，航空航天领域对于多学科设计优化技术研究及应用的范围逐步扩展开来，成为复杂系统及部件设计方法革新的主要阵地。 在此背景下，为了全面提升航空发动机涡轮叶片的整体性能，也为多学科设计优化技术在整个涡轮部件，甚至整个发动机系统中的应用打下基础，本文基于多学科设计优化软件iSIGHT，对航空发动机三维单晶实心涡轮叶片的外形进行了多学科设计优化。结果表明，通过优化，涡轮叶片的气动效率及总压比均有一定的升高，叶片温度整体下降，叶片振动及疲劳性能也都有了相应的改善。具体的成果和创新点如下： 1．完全实现了经典多学科设计优化方法——多学科可行方法在涡轮叶片设计优化中的应用； 2．作为多学科设计优化的基础，比较两种叶片的参数化建模方法，并分别进行编程实现； 3．叶片各学科性能分析分别采用相应学科的软件及程序批处理完成； 4．在解决气-热-固三学科的耦合问题时，分别采用直接插值法和自由网格变形技术实现学科间的载荷传递及变形传递； 5．优化算法由阶段算法组合实现——试验设计、全局寻优算法及局部优化算法； 6．在对叶片进行性能设计的基础上，初步探索参数设计在叶片改进过程中的实现，如可靠性分析、正交试验设计等； 7．在实现叶片多学科设计优化流程的基础上，建立起了一个多学科设计优化的系统平台。