飞机设计中,合理权衡复合材料应用带来的重量节省和成本增加是非常重要的。为了评估复合材料应用的经济性,必须拥有含复合材料的机体成本估算方法。本文在分析复合材料制造技术和维修技术的基础上,研究了复合材料机体结构制造成本和维修成本的估算方法。以大型客机总体设计阶段的复合材料应用方案为例,应用开发的机体成本估算方法评估了复合材料应用方案对机体结构制造和维修成本的影响。在飞机总体设计阶段,以客机总体方案综合分析和优化系统为基础,研究了复合材料在客机应用中的效益定量评估方法。在复合材料机翼结构设计中,研究了考虑成本因素的结构优化设计方法。论文主要内容如下:1)对复合材料机体结构制造成本估算方法进行了归纳和总结,将复合材料机体结构制造成本估算方法归纳为三类:基于整机特征参数的成本估算方法,适用于概念设计阶段;基于部件结构特征和制造技术的机体成本估算方法,适用于初步设计阶段;基于制造过程的成本估算模型,适用于详细设计阶段。飞机设计阶段不同,方案的详尽程度也不同,机体的制造成本估算也应采用相应的方法和模型。在复合材料结构维修成本评估方面,研究了影响维修成本变动的因子,给出了复合材料应用对机体维修成本影响的定量评估方法。2)以大型客机总体设计阶段的复合材料应用方案为例,应用机体成本估算方法分别对全金属客机和三种典型复合材料机体结构设计方案进行了机体结构制造和维修成本估算,并对三种典型的复合材料应用方案的计算结果与全金属方案的成本计算结果进行了对比分析,然后分析了复合材料机体的制造方法对机体制造成本的影响。3)在客机总体方案设计阶段,对复合材料应用带来的重量减轻和成本增加进行了权衡分析,给出了重量和成本的修正估算模型。应用客机总体方案综合分析和优化设计系统,评估了复合材料应用对客机经济性的影响。研究表明:本文提出的一种定量评估复合材料全机用量百分比对客机DOC影响的方法是可行的,所建立的综合分析和优化计算环境是有效的,能初步解决复合材料在客机应用中的效益评估问题。4)在复合材料机翼结构设计阶段,提出一种权衡复合材料机翼结构重量和制造成本的二级优化设计方法,设计变量包括结构布局参数和结构尺寸参数,并集成了制造成本估算模型。详细阐述了复合材料机翼结构优化模型的建立过程和考虑制造成本的结构优化设计流程。应用实例表明:本文提出的二级优化设计方法可以获得关于复合材料机翼结构重量和制造成本的最优解集,为复合材料机翼结构重量和制造成本之间的权衡提供了一种有效的方法。