机翼是决定飞机整体性能的主要部件,其中机翼打样设计阶段确定的机翼构型几乎决定整个机翼约80%的性能。结构打样阶段的选型设计通常经过方案的不断修改与评价的方式确定,这需要多次重复建模,因此,需要研究快速有效的建模方法；另一方面,为了获得优质构型,先进的设计方法研究以及基于先进方法的构型设计成为重要的研究课题。本文的目的是针对选型设计中所面临的大量建模问题,研究机翼结构快速建模方法；研究机翼结构的构型设计方法以及相应的构型设计。具体内容和成果如下：1、基于参数化的机翼结构快速建模方法研究及实现。针对飞机翼面结构的特点,提出了一种基于参数化的快速有限元建模方法。在Patran/Nastran平台下,利用PCL语言实现了参数化驱动的翼面结构建模完全自动化,开发了机翼结构快速建模的专有模块,实现了三项关键技术：1)一种新的参数化建模流程；2)由翼面投影平面网格直接生成三维翼面结构有限元模型的方法；3)实现了气动载荷的自动分配。该研究为进一步开展翼面结构的优化设计奠定基础。2、基于梯度优化的飞机翼面结构布局设计方法研究。根据翼面结构承力构件的特点,通过变量关联技术,建立了主梁、墙、肋以及桁条的统一参数描述方式；利用基结构方法描述构件的布局,构建了以结构重量为约束、结构刚度为优化目标的多构件结构布局优化模型,推导了相应的敏度解析公式；通过具体的算例证明了方法的有效性和求解效率；讨论了基结构的布置、优化参数对最优设计结果的影响,给出了合理的优化参数设置建议；研究了蒙皮厚度对内部承力构件布置的影响,说明了蒙皮厚度与构件布局协同优化设计的必要性。以某机翼设计为例,蒙皮厚度与构件布局协同优化设计结果同仅考虑构件布局优化设计结果相比,弯曲刚度提高了8.76%。3、机翼承力构件的多材料选择优化设计。为实现减重和降低成本的设计目标,翼梁等主承力构件往往采用不同材料的构件沿长度方向拼装而成。因此,在结构设计过程中考虑选材设计是非常必要的。以此为应用背景,提出了以制造成本为约束,以结构刚度为目标的多材料选择优化设计模型,推导了相应的敏度解析表达式。通过具体的算例证明了该方法具有较好的收敛性和求解效率。