复合材料旋翼结构优化设计技术及应用
旋翼机复合材料旋翼桨叶设计制造
旋翼机复合材料旋翼桨叶设计制造◎康昱天（作者单位：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司）旋翼机是飞机当中的一种主要类型，其主要依靠旋翼桨叶高速旋转，为旋翼机提供动能。
因此，从生产制造环节来看，旋翼桨叶的设计工作是整个机身制造工作中的关键所在，直接影响旋翼机的运行安全。
还需要飞机生产制造企业引起重视，积极研究优化设计流程，提高设计效果的可行方法。
一、旋翼机复合材料旋翼桨叶设计工作的基本要点通过不断总结和分析以往的旋翼桨叶制造数据，技术人员意识到，想要推动飞机生产制造工作的顺利开展，必须要对桨叶材料进行合理的选择，并拟定科学合理的结构设计方案。
同时，要重点提高自身的创新意识及能力，以便于提高设计工作水平及效率。
1.对材料的合理选择。
基于我国对环境保护以及资源节约的基本要求，在实际进行旋翼机的桨叶制造工作时，各个企业都开始选择使用清洁性的复合材料。
现阶段，市面上常见的复合材料种类有很多，而从航空航天领域发展的趋势看，纤维增强树脂基复合材料逐渐成为制造航空航天飞行器结构件材料的主流。
在旋翼桨叶选材设计环节中，目前使用较多的是玻璃纤维或碳纤维增强环氧树脂复合材料。
从比强度、比刚度、比疲劳强度来说，碳纤维也是很优秀的材料，但是它更脆一些。
而玻璃纤维复合材料因为其优异的纵向拉伸强度，轻质、较高强度、较高模量以及稳定的化学性能等特点，成为了新时期企业在制造旋翼机旋翼桨叶大梁材料的首选。
2.基本的结构设计方案。
旋翼机旋翼翼型的选择可以参考直升机翼型。
在直升机翼型中，按照大梁的构造划分，比较常见的有C 形梁、D 形梁以及多管梁结构。
按照剖面分隔或封闭区间的划分有单闭腔、双闭腔和多闭腔等。
不过，旋翼机旋翼因其特殊的自旋转方式，不必考虑桨叶的扭转力矩的特点。
因此，在选择基础结构时也相对较为简单，只需要从制造难易程度及使用效果两个方面进行分析。
通常情况下，复合材料旋翼桨叶一般采用C 形结构，这样既能充分发挥其优点，又能有效地节省成本，是旋翼机翼型的首选。
复合材料在飞行器翼型设计中的应用
复合材料在飞行器翼型设计中的应用在现代航空航天领域，飞行器的性能和效率一直是人们追求的重要目标。
而翼型设计作为飞行器设计的关键环节之一，对飞行器的飞行性能有着至关重要的影响。
随着材料科学的不断发展，复合材料在飞行器翼型设计中的应用越来越广泛，为飞行器的性能提升带来了新的机遇和挑战。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的新型材料。
与传统的金属材料相比，复合材料具有许多优异的性能，如高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、抗疲劳等。
这些性能使得复合材料在飞行器翼型设计中具有独特的优势。
首先，复合材料的高强度和高模量特性可以显著提高翼型的结构强度和刚度。
在飞行器的飞行过程中，翼型需要承受巨大的空气动力载荷。
使用复合材料可以在保证翼型强度和刚度的前提下，减轻翼型的重量，从而提高飞行器的燃油效率和飞行性能。
例如，碳纤维增强复合材料（CFRP）具有极高的强度和模量，在飞机机翼和尾翼等部件的设计中得到了广泛应用。
其次，复合材料的低密度特性可以有效降低翼型的重量。
对于飞行器来说，重量的减轻意味着更低的燃油消耗、更高的载荷能力和更远的航程。
通过采用复合材料来制造翼型，可以在不降低结构性能的情况下，实现显著的减重效果。
这对于提高飞行器的经济性和竞争力具有重要意义。
此外，复合材料具有良好的耐腐蚀和抗疲劳性能。
在飞行器的使用环境中，翼型往往会受到各种恶劣条件的影响，如潮湿的空气、腐蚀性的化学物质等。
复合材料的耐腐蚀性能可以延长翼型的使用寿命，降低维护成本。
同时，复合材料的抗疲劳性能也能够提高翼型在反复载荷作用下的可靠性。
在飞行器翼型设计中，复合材料的应用形式多种多样。
常见的有层合复合材料、编织复合材料和夹芯复合材料等。
层合复合材料是将不同方向的纤维层按照一定的顺序和角度叠加而成。
通过合理设计纤维的铺设方向和层数，可以实现翼型在不同方向上的性能优化。
例如，在翼型的主承力方向上，可以铺设更多的高强度纤维，以提高翼型的承载能力；在次要方向上，可以使用较低强度的纤维，以降低成本和重量。
飞行器结构优化的研究及应用
飞行器结构优化的研究及应用飞行器作为现代交通运输工具中的一种，通常分为固定翼飞行器和旋翼飞行器两种，每一种都需要在结构上进行优化，以提高其性能和安全性。
本文将就固定翼飞行器和旋翼飞行器的结构优化进行阐述。
一、固定翼飞行器结构优化固定翼飞行器是指通过翼面的升力来使飞机飞行的一种飞行器，因其飞行的方式稳定性较高，在军用和民用方面都有广泛的应用。
在对其结构优化的过程中，主要有以下几个方面。
1、减轻重量减轻飞机的重量是一种常见的优化手段，它不仅可以提高飞行速度和燃油效率，还可以延长飞机的使用寿命和降低故障率。
因此，减轻飞机的重量一直以来都是固定翼飞行器结构优化的重点。
为减轻重量，可以采用各种材料和工艺技术，如复合材料、钛合金、新型焊接工艺等。
同时，结构的声、热、电综合设计也是减轻重量的重要手段。
2、提高结构强度飞机飞行时需要承受各种外界的力，如重力、风力、温度变化等。
因此，在结构设计中考虑提高强度是必不可少的。
结构强度的提高可以通过选择合适的材料进行设计，同时优化结构的几何形状，以使飞机在承受各种力时更加坚固和稳定。
3、提高抗疲劳性和安全性随着时间的推移，飞机的材料会受到各种力的作用而产生裂纹、损伤等，因此在结构设计上也需要考虑到结构的抗疲劳性和安全性。
其方法主要包括采用高强度材料、冲击吸收材料、柔性连接等手段。
二、旋翼飞行器结构优化旋翼飞行器是指通过旋转的轴翼产生升力，从而使飞机飞行的一种飞行器。
与固定翼飞行器不同的是，其结构更为复杂，需要考虑更多的因素。
在结构优化过程中，主要有以下几个方面。
1、提高机体强度旋翼飞行器的机体强度是其安全运行的重要保障。
在提高机体强度的过程中，可以采用多种材料和工艺技术，并结合流体力学和结构力学等学科理论，对机体结构进行优化。
2、提高旋翼性能旋翼的性能是决定飞机飞行速度和稳定性的关键因素。
在优化旋翼的结构中，需要考虑增加叶片的承载能力，改善叶型的气动性能，提高叶片的强度和耐疲劳性。
复合材料的构型化设计及在航空方面的应用
１ 脏 空 用 复 合材 料
能 指 标 一抗 冲 击 性 能 相 当 出 色 。 光 谱 纤 维 制 成 的编 织 物 能
在现代材料科 学与技 术的发展历程中 ，航空材料一直扮 迅速消散发射中产生的能量 。它 已列入美 国海岸警 卫队 更综 演着 先导和基 础作用。航空材料反映结构材料发展 的前沿 ， 合化 、更轻质的飞机装 甲系统材料 ，另外 也用于一系列固定
度 高、耐高温 、减 振性好 、耐疲劳性能优越等优 点 ，是 目前 民用 飞机 上用量最大 ，也是航空航天等尖端科技领域发展较
１ ． ３ 陶 瓷基 和 碳 ／碳 复 合 材 料
陶瓷基和碳 ／ 碳复合材料属 于耐热结构复合材料 。陶瓷
为成 熟 的 先进 复 合 材 料 。 近 年 的 趋 势 是 发 展 液 态 成 型 纺 织 复 基 复 合 材 料 抗 弯强 度 高 ，断 裂韧 性 高 ，比 重 小 ，抗 氧 化 ，耐 ２ ５ ０～ １ ６ ５ ０ ￣ Ｃ。碳 ／ 合材料和 非热压罐型技术如 电子束辐照交联技术等 ，即低 成 高 温 ，热 膨 胀 系数 较 小 ，工 作 温 度 在 １
构 件 ， 又可 用 于 功 能件 及 结 构 功 能 件 。国 际 上 航 空 先 进 树 脂 铍。金属基复合材料在 国外 已实现 了商品化 ，而在我国仅有
基复合材料 的主要 性能要求是较高的耐温度使用性 、尽可 能 少 量 批 量 生 产 ，以 汽 车 零 件 、机 械 零 件 为 主 ，主 要 是 耐 磨 复
材料 。按基体材料 的不同 ，先进复合材料可分为树脂基复合 日被 取 消 之 前 ） 【 ６ １ 。 大 型 直 升 机 使 用 这 种 装 甲 材 料 也 被 国 外
基于直升机装备设计条件下的复合材料的应用
基于直升机装备设计条件下的复合材料的应用直升机制造中，复合材料往往会被应用到较为重要的结构部位，复合材料的选用以及质量会对直升机的运行质量与安全造成直接影响。
例如在旋翼部位的应用，需要为飞机运行提供动力，对于飞机的运行速度和效率会造成较大影响。
在现阶段已经将增强复合材料在飞机制造中的应用作为提升飞机运行质量的重要手段，这也突出了对复合材料应用进行研究的重要作用。
以往的制造经历中也认证了这一点，复合材料的应用有益于直升机制造行业的健康发展。
一、在直升机装备结构中的应用表现1、在旋翼桨叶中的应用通过以往的装配经验来看，复合材料在旋翼桨叶制配中的应用需要面临纤维的性能缺陷问题，应积极采取应对措施，提升纤维的适应环境能力，使其在旋翼桨叶应用的过程中能够应对多种运行环境，保证直升机的平稳运行。
旋翼桨叶中的金属桨叶在使用寿命方面存在一定的缺陷，而复合材料的应用可以有效改善上述问题，同时借助尖削桨尖来实现抛物线的运行轨迹，使其始终保持在对称状态，从而起到减少阻力，提升飞机运行性能的作用。
进行复合材料加工时，应该充分考虑其应用部位的结构性能和刚度需求，通常是根据直升机设计方案中的相关参数对复合材料进行固化成型操作，使其的规格与实际装配需求相符。
另外，复合材料在应用的同时，相关人员还结合旋翼桨叶的结构特性与力学特征进行了进一步分析，再结合相应的应用理念，对复合材料的结构进行优化，使其在旋翼桨叶中的应用可以有效提升直升机的运行性能和运行安全。
2、在桨毂结构中的应用对于传统的金属浆叶来说，桨毂使用复合材料，实现了直升机装备的柔性的结构。
采用铰接式桨毂，零件的数目减少，重量减轻，成本降低，采用纤维缠绕环套式桨毂，提高了安全性和可靠性。
例如外环式桨毂和铰链式桨毂都在结构上更加紧凑和简单，重量上减轻，成本上降低。
整体式的桨毂和旋翼轴组件，减少了直升机的当量废阻面，复合材料的最新研究成果，是将采用复合材料制作而成的柔性的变形桨叶的挥舞、变矩运动的无轴承桨毂结构，加以技术性的突破。
一种复合材料旋翼结构优化设计模型
文章编号:167321220(2009)022039205一种复合材料旋翼结构优化设计模型尹春望,周少华,黄 君(中国直升机设计研究所,景德镇,333001)摘 要 本文介绍一种面向工程实际的复合材料旋翼结构优化设计基本模型,详细阐述了典型剖面、剖面结构形状及自变量的选取。
同时还简单介绍了复合材料旋翼桨叶剖面特性分析方法和动力特性分析方法。
关键词 复合材料;旋翼;结构优化设计模型中图分类号: V224 文献标识码: AA K i n d of C om posite Rotor Str uctura l O p ti m i za tion Design M odelYI N Chunwang,ZHOU Shaohua,H UANG Jun(China He licop ter R esearch and Deve l opment Institute,Jing dezhen,333001)Ab stra ct This pape r intr oduce s a ba sic c omposite r ot or str uctur a l op ti m izati on design mode l f or en2 gineering,and details the ways of choosing the ty p ical section locations in s pan and its section struc2 ture sha pe and the basic par ame ters in the op ti m izati on mode l.The c omposite r otor secti on str uc tur e characteristics ana lysism ethod and the dyna m ics characteristics analysism ethod in the mode l are in2 tr oduced briefly t oo.Key word s co m posite;r otor;structural op ti m iz a ti on de sign model1 前言由碳、玻璃纤维增强的复合材料具有较高的比刚度、比强度、疲劳性能和较适宜的经济性等优点,当代先进的直升机旋翼一般都采用该类复合材料制造。
复合材料结构优化技术在飞机设计中的应用
随着计 算机 硬件 水平 的发展 ， 以及 工程 软件 的
１ 基于 Ｃ ＡＤ／ Ａ 技 术 的 复 合 材 料 Ｃ Ｅ 结构 设计
１ １ 基 于 Ｃ Ｄ／ Ａ ． Ａ Ｃ Ｅ技 术 的 复 合 材 料 结 构
设 计 技 术 的优 点
目前 ， 飞行 器结 构 中应用 的结 构复合 材 料 主 在 要 以纤 维增强 的层 合复 合 材料为 主 ， 这种类 型 的材
日益完 善 ， Ｄ／ Ａ ＣＡ Ｃ Ｅ技 术 在 复合 材 料ห้องสมุดไป่ตู้结构 设 计 中 显示 出 了 明 显 的 优 势 ＿ 。 Ｃ （Ｃ ｍｐ ｔｒＡ ｄｄ ３ Ａ Ｊ Ｄ ｏ ｕｅ ｉｅ
Ｄ ｓ ｎ计 算 机辅 助设 计 ） 括产 品 的构 思 、 能设 ｅｉ ， ｇ 包 功
计 、 构 分 析 、 工 制 造 等 。 Ｃ Ｅ （ ｍｐ ｔｒ— 结 加 Ａ ｏ Ｃ ｕｅ
题 【ｌ ２。
飞 机上最 初采 用复 合材 料 的部 位有舱 门、 整流
罩 、 定 面等次 承 力 结 构 ， 安 目前 逐 渐 向 主承 力 结 构 过渡， 已广 泛 应 用 于机 翼 、 身 等 部位 。空 客公 司 机 在 Ａ ８ 就 将 大 量 的 碳 纤 维 复 合 材 料 大 型 构 件 ３ ０上
飞机零 部件 的强度 不 降低 的情 况下 ， 效减 轻 飞 机 有 的质量 。到 目前 为 止 ， 内外 各 种先 进 型号 的战 机 国 中 ， 合 材 料 的 使 用 量 已 达 到 飞 机 结 构 质 量 的 复
２ ５％ 。
传统 的设 计方 法 存在 诸 多弊端 ： 工设计 计 算 人
２０ １ １０ ）
２０ ３ ） ０ ２ ２
基于复合材料力学的翼型设计优化研究
基于复合材料力学的翼型设计优化研究1. 介绍基于复合材料力学的翼型设计优化研究，是通过复合材料力学的方法和工程理论设计来达到对翼型的优化设计。
翼型具有非常重要的意义，对于飞行器的飞行性能和稳定性有着至关重要的影响。
因此，在翼型设计方面的技术和理论的研究，对于飞行器的生产和提高飞行性能具有重要的意义。
其中，基于复合材料力学的翼型设计优化研究就是最常用的翼型设计方法之一。
2. 复合材料力学复合材料力学作为一门非常重要的学科，已经成为许多工程技术领域的研究重心。
在翼型设计方面，利用复合材料的优点可以达到很好的效果。
因为复合材料具有比重低，强度大，稳定性好等优点，它可以大大提高翼型的性能和使用寿命。
因此，复合材料力学的研究在翼型设计时非常的重要。
3. 翼型设计的优化翼型设计有很多的因素需要考虑，其中最重要的是几何形状、气动性能、材料使用等因素。
通过对这些因素进行综合考虑和优化可以得到最优的翼型设计方案。
在这里，我们主要讲一下如何通过复合材料力学的方法来进行翼型设计的优化。
首先，我们需要根据飞行器的需求，制定出最基本的翼型几何参数，如翼展、弦长、翼面积、前缘后掠角等。
这些参数都是非常重要的，对于翼型的性能影响非常大。
在确定好这些参数后，我们需要对每一个参数进行分析和优化，以达到最佳的飞行性能。
4. 翼型的气动性能翼型在飞行过程中，气动性能起着至关重要的作用。
因此，我们需要对翼型的气动性能进行分析和优化。
气动性能的主要指标是升阻比、升力系数和飞行稳定性等指标。
通过分析和测试这些指标，我们可以对翼型进行优化。
在优化中，我们通常采用计算流体力学（CFD）的方法来得出风洞试飞的结果，以此来推算翼型的气动特性。
5. 制造复合材料翼型的方法复合材料翼型不仅具有优秀的气动性能，而且具有非常好的化学性能和稳定性。
因此，制造复合材料翼型对于飞行器的生产和提高飞行性能是非常重要的。
我们主要讨论两种制造复合材料翼型的方法。
第一种方法是采用预浸纸料（prepreg）的制造方法。
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复合材料旋翼结构优化设计技术及应用摘要：简单介绍了几种实用的直升机复合材料旋翼结构优化设计技术及其应用情况，并对相关优化技术研究和应用过程中应注意的问题进行了阐述，同时介绍了优化设计技术在复合材料旋翼结构设计中的应用前景。
关键词：旋翼优化设计配重以往人们在研制旋翼时，往往采用"原准机"设计法进行设计，即在参考样机附近寻找可行结构设计方案。
采用"原准机"设计法进行结构设计，尽管较易于获得可行方案，但极大地限制了探索范围，只能形成样机系列，设计质量不可能有突破性的提高。
同时以往的事实证明，即使在参考样机方案附近进行探索，要想获得较满意的结构设计方案，一般仍需花费大量的时间和人力财力。
随着人们对旋翼结构设计水平要求的提高，人们已不再满足于一般的可行方案，而是力求获得工程概念的最佳方案；探索的范围不再局限在参考样机附近，而是在一般的结构布局和工艺制造许可条件下，在动力学、强度、重量、对旋翼中心转动惯量等约束下的大范围探索。
在更高要求和更大范围内探索最佳旋翼结构设计方案，必须解决两个层次的问题:其一是必须能对要求是否合理或有无可行方案进行快速判别；其二是必须在要求合理的情况下能迅速获得工程概念最佳方案。
显然，"原准机"设计法难以解决上述问题，满足不了当代先进复合材料旋翼的结构设计要求。
以优化方法为主脉、以高速计算机为主要设计工具的优化设计法及相应的优化设计技术，能从根本上解决上述问题，它们是未来直升机旋翼结构设计方法发展的必然趋势。
一、优化设计技术简介现代概念的优化设计技术，是指能帮助人们快速获得最佳设计方案的技术，其本质是一种能迅速确定探索方向、生成结构方案、分析结构方案和比较结构方案优劣的技术。
任何一种优化设计技术，都主要由优化模型和优化方法（或称优化器）两部分组成。
优化方法可分为直接优化法（如随机射线法、随机投点法、单纯形法等）和间接优化法（如线性规划、二次序列规划等）两大类，二者各有特色。
直接优化法的特点如下：不需要推导复杂的目标函数和性能参数对自变量的导数关系，能减少中间理论环节；用直接优化法搜索最佳方案，与以往进行结构设计的过程基本相同且比较直观，但搜索步骤较多（通常的工程结构优化，一般需比较成百上千个方案），优化分析时间较长，需要高速计算机才能完成。
间接优化法的特点则基本相反。
因此，间接优化法比较适于工程规模较小、理论分析方法较成熟和计算机资源较缺乏的情况，而直接优化法适于工程规模较大、理论分析方法（尤其是上述导数关系不太明了）相对不太成熟、拥有高速计算机资源的情况。
因此，从工程实际应用方面分析，在类似旋翼等较大规模的结构优化设计中采用直接优化法将更为适宜。
二、几种实用的复合材料旋翼结构优化设计技术及应用简介1.复合材料旋翼前沿配重结构优化设计在直升机复合材料旋翼结构设计过程中，由于稳定性和弦向重心等要求非常苛刻，旋翼桨叶前沿一般都需要布置配重条才能满足。
配重条通常由铅等比重较大的金属材料制成，其形状一般为等截面长条结构，在复合材料旋翼桨叶剖面布置中尽量靠前沿；配重条横截面大小由桨叶前沿尺寸等因素综合确定。
当配重条的材料、截面尺寸、在复合材料桨叶剖面中的位置确定后，影响旋翼稳定性、动力特性、强度、重量、对旋翼中心转动惯量的因素唯有其展向起止位置。
复合材料旋翼前沿配重结构优化模型如下：目标函数在目前的直升机研制中，结构重量的控制仍是设计中极其重要的任务，因此本优化模型以旋翼的重量作为目标函数（或评价参数）。
关于旋翼的重量，对应任何前沿配重设计方案，都可以采用有限元法准确计算。
约束条件旋翼的动力特性、稳定性、对旋翼中心转动惯量和重量等要求，是工程实际中进行直升机旋翼结构设计的主要要求，本优化模型将它们作为约束条件。
优化模型没有考虑强度要求，它将主要通过合理布置旋翼剖面结构来满足。
自变量取桨叶前沿配重的起止位置作为自变量。
自变量的取值范围可以根据旋翼桨叶的整体结构情况来确定。
复合材料旋翼前沿配重结构优化设计技术，采用"随机射线法"作为优化方法。
"随机射线法"是一种直接优化法，它具有较好的加速搜索功能。
复合材料旋翼前沿配重结构优化设计技术，已成功应用于某型机复合材料旋翼桨叶的前沿配重优化设计工作，结果是去掉了约3/4的前沿配重，为旋翼减重作出了突出的贡献。
需特别指出的是，因为该优化模型自变量较少（只有两个），因此可以通过半人工方式完成，即由人力根据优化规律进行结构设计方案的拟定、决定搜索方向和搜索步长、判别比较结构设计方案；关于结构设计方案的各种性能分析（如动力特性分析、稳定性分析等），则由计算机自动完成。
当然，一旦动力特性、稳定性等性能分析方法满足综合自动优化分析要求，上述全过程完全可由计算自动完成。
2.以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化设计在直升机复合材料旋翼结构设计过程中，因为动力学要求极为严格，相对难以满足，使得与结构方案的拟定、剖面结构特性分析、动力学分析和判别之间的迭代循环比强度等其他方面的迭代循环多。
复合材料旋翼的动力学分析和判别直接基于复合材料旋翼的剖面特性分析或剖面特性分布，与结构方案的拟定没有直接关系。
进一步分析可知，直升机旋翼设计过程中动力学方面的迭代循环，本质上是旋翼剖面结构特性分布方案与旋翼动力学分析和判别之间的迭代循环。
因此，如果能借助高速计算机的高速分析功能，通过运用优化技术，预先得到满足旋翼设计要求的最佳剖面结构特性分布方案，然后再以最佳方案指导结构设计，使设计流程由原来的循环形式变成较简单的顺序形式，这样将极大地减少原设计流程中主要依靠人力进行的结构方案的拟定至动力学分析和判别之间的反复迭代循环劳动，缩短大量的设计时间，同时还能获得相应最佳剖面特性分布规律的结构设计方案，使设计质量上升到新的高度。
要达到上述目标，关键是形成以旋翼剖面特性作为自变量的优化分析技术。
以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化模型如下：目标函数同前沿配重优化模型一样，仍以旋翼的重量作为目标函数，其表达式为F=W+E×σ+V ×β。
其中W为旋翼的重量，E和V为正大数，σ表示设计方案的性能离约束条件许可值的距离（如果方案满足约束条件，则该系数值为0），β为判断设计方案的性能是否满足要求的系数，若满足，则β为0，不满足，则为1。
因此，目标函数其实是一种包含旋翼重量、旋翼性能与许可值之间关系的综合函数，是旋翼剖面结构特性、旋翼结构形式及总体结构尺寸等因素的泛函。
约束条件本优化模型以旋翼挥舞前3阶、摆振前2阶的动力特性和对旋翼中心的转动惯量及重量等作为约束条件。
考虑优化方法的可操作性，本优化技术中没有考虑强度、稳定性和扭转动力特性要求。
主要通过控制旋翼弦向重心来满足主要振动模态的稳定性要求，通过合理布置旋翼剖面结构来满足强度和扭转动特性要求。
自变量本优化模型取旋翼桨叶典型剖面的质量、挥舞刚度和摆振刚度等作为自变量。
剖面质量和刚度的取值范围，可以根据以往复合材料旋翼桨叶剖面特性统计情况、材料情况和工艺制造情况等综合确定。
以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化设计技术，采用"随机投点法"和"随机射线法"作为优化器。
该优化设计技术是一种相应整体布局的优化设计技术，自变量较多，在实际应用过程中经常会碰到无可行方案、有多个可行域或多峰值的情况。
为了尽可能不遗漏可行域和尽快搜索到整个搜索范围内的最佳方案，故先采用"随机投点法"进行普查，在此基础上再利用"随机射线法"加快步伐进行搜索。
该优化设计技术必须借助高速计算机才能实现。
以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化设计技术，已成功应用于某型机复合材料主尾旋翼和原理样机模型旋翼的剖面结构特性优化布置。
在主旋翼桨叶结构优化设计中，取了11个相互独立程度较高的典型剖面，以典型剖面的挥舞刚度、摆振刚度和剖面质量为自变量，自变量总数为33个；为增加性能分析的精度，根据一定规律在典型剖面之间插入了12个插值剖面；同时考虑旋翼结构设计特点，将根部3个剖面作为固定剖面。
约束条件及优化结果见表1（频率比是指额定转速下的频率比）。
在尾旋翼结构优化中，取11个典型剖面和11个插值剖面，固定剖面为4个。
由于尾旋翼采用特殊的翘翘板结构形式，动力学分析状态有根部铰支和固支之分，故相应的约束也必须随之变化。
在尾旋翼结构优化中，碰到过无可行方案的情况，经过查询优化过程中间数据，发现是自变量取值范围太窄。
经过修订搜索范围，重新进行优化设计分析，所得结果见表2。
注意：表2中没有给出挥舞铰支1阶频率要求，同时摆振铰支1阶频率比*9覣lj(1)较小，这都是源于翘翘板式的旋翼结构形式。
在原理样机模型复合材料旋翼结构设计中，完全摒弃了以往的原准机设计法，采用以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化设计技术、相应的优化设计方法和设计流程为：利用计算机进行优化分析→获得最佳和诸多次佳的剖面特性分布规律→以最佳分布规律指导结构设计→考虑强度、稳定性、扭转动特性等其他所有要求，设计对应最佳分布规律的桨叶结构。
3. 以复合材料旋翼剖面结构尺寸为自变量的优化设计以复合材料旋翼剖面结构尺寸为自变量的优化设计技术，是以复合材料旋翼剖面结构特性为自变量的优化设计技术的延伸。
它针对复合材料旋翼实际设计的剖面特性分布与最佳剖面特性分布不可避免地存在一定差异等问题，直接将结构方案的拟定、剖面特性分析、动力学分析判别等动力学方面的循环迭代全过程全部纳入到优化设计技术中来，使之成为一种能直接面向旋翼主要结构尺寸设计的优化设计技术。
以复合材料旋翼剖面结构尺寸为自变量的优化模型如下：目标函数以旋翼的重量作为目标函数。
约束条件以旋翼挥舞前3阶、摆振前2阶动力特性和对旋翼中心转动惯量、重量要求等作为约束条件。
自变量以旋翼桨叶典型剖面的复合材料大梁内腔节点位置、蒙皮厚度作为自变量。
大梁节点位置、蒙皮厚度的取值范围，可以根据复合材料旋翼的工艺制造情况确定。
以复合材料旋翼剖面结构尺寸为自变量的优化设计技术，采用"随机投点法"和"随机射线法"作为优化器。
该优化设计技术必须借助高速计算机才能实现。
它已用于某中型机复合材料尾旋翼桨叶研制，相关优化设计数据在此不多述。
需指出的是，由于该优化技术将蒙皮厚度直接作为自变量，因此在优化设计分析中，必须预先给定蒙皮结构的密度和弹性模量等参数，与复合材料结构的可设计性存在一定差异，所以，该优化设计技术比较适合旋翼桨叶蒙皮整体材性结构基本确定或金属材料蒙皮情况。
4. 以复合材料旋翼剖面铺层布置为自变量的优化设计以复合材料旋翼剖面铺层布置为自变量的优化设计技术，是以复合材料旋翼剖面结构尺寸为自变量的优化设计技术的进一步完善。