自转旋翼飞行器是一种以自转旋翼作为升力面、螺旋桨推/拉力或其它供能方式为前进动力的旋翼类飞行器，相对于直升机具有机构简单、安全性高、成本低等特点。本文以某一自转旋翼飞行器为背景，设计并分析中小型自转旋翼飞行器（以下称为自转旋翼机）复合材料桨叶。自转旋翼机综合了气动、强度、材料和动力学等方面的因素；参数众多，各参数之间相互耦合影响，关系极为复杂。本文通过结构设计理论以及优化设计方法结合现代的数字技术，将自转旋翼机的桨叶优化设计技术进一步拓展。论文开展的研究工作包括下面四个部分：（1）自转旋翼机桨叶采用了复合材料，因此，本文对复合材料的特性、力学特性、适用范围以及制作工艺都做了深入细致的分析。（2）利用三维建模技术对桨叶的总体结构和设计细节进行了横向对比和可行性分析，优化了桨叶的气动参数。（3）利用计算机有限元方法对复合材料桨叶的强度和固有特性进行了仔细的分析和计算。（4）在上述基础上综合各种设计因素，优化了桨叶剖面设计参数以获得合理的动力学性能。本文研究既借鉴了一部分直升机桨叶已有的成熟设计分析的理念和方法，以确保分析的可行性和可信度，也创新性地提出了气动外形及动力学优化思路，为自转旋翼机复合材料桨叶的结构设计和应用提出了一种有效的设计途径和方法，为进一步探索自转旋翼机的桨叶结构设计，提高实用性奠定了技术基础。