近年来,无人机在军事、民用和科研三大领域得到了广泛应用,并起着越来越重要的作用:在军事上,可用于侦察、目标捕获、电子对抗、火力制导、战果评估、目标模拟等;在民用上,可用于大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火等;在科研上,可用于大气研究、气象观测、新技术新设备的试验验证等。如今,无人机已成为很多个国家和地区倍受关注的重要技术研究方向。本文以碟形无人机为研究对象,通过对其涵道螺旋桨的空气动力特性及无人机主要承力结构分析,确定无人机结构存在的问题,并对其结构进行优化设计。首先采用计算流体动力学方法,建立涵道螺旋桨的数值计算模型,通过Fluent软件建立涵道螺旋桨的MRF的多重参考系动态旋转模型,对涵道螺旋桨的空气动力特性进行分析,并确定其空气动力载荷。通过对碟形无人机的受力分析,并根据涵道螺旋桨的空气动力载荷以及碟形无人机在不同飞行状态的载荷系数,计算支撑臂结构的作用力;对支撑臂结构进行有限元强度计算,分析其结构在强度方面存在的问题;对无人机支撑臂结构进行模态分析,为分析和优化结构动态性能做准备。根据碟形无人机结构的要求,以结构支撑臂结构密度为设计参数,分别以结构强度和结构固有频率为约束,以体积最小为目标函数,对支撑臂进行拓扑优化,确定具有较好承载能力、可以避开共振激励频率的支撑臂结构形式;在此基础之上以单臂结构外形尺寸及结构截面尺寸为设计参数,结构应力条件为约束,结构体积最小为目标函数进行尺寸及形状优化,最后确定支撑臂优化设计参数。根据优化结果以及支撑臂实际装配状态,设计了新的布局合理、效率高的结构,通过验证和对比达到了结构减重、减振并提高承载能力的目标。