向心涡轮内部流动复杂，功率密度大且结构限制严，因此，向心涡轮的设计必须考虑到气动、强度、结构等多学科间的耦合问题。采用多学科优化策略是提升向心涡轮气动效率和安全可靠性的一种可行途径。基于向心涡轮结构特点，发展了通用的向心涡轮三维参数化造型方法。耦合多目标优化算法和向心涡轮三维参数化方法，建立了向心涡轮多目标多学科优化设计体系。以频率为约束，以提高总静效率、降低叶根最大应力为优化目标，开展了向心涡轮的多学科优化设计。优化后，在避开所有危险共振频率的前提下，就单一性能指标而言，涡轮级的总静效率最高可提高1.35%，叶根最大当量应力最高可降低12.54%。进一步，对设计空间开展了敏感性分析，揭示了对性能指标影响显著的设计变量，阐明了关键设计变量对性能指标的影响机制。