随着拓扑优化技术在飞行器结构分析领域应用的日渐深入,气动-结构一体化设计的思想也日益成为飞行器设计领域的应用热点。论文针对气动-结构耦合设计中拓扑优化技术的应用展开系统地研究。首先,为了解决拓扑优化方法在工程应用中前处理工作量大而且建模规范性差的瓶颈问题,引入特征建模技术,开发一种基于特征的三维拓扑优化高效算法。该算法通过特征建模技术把各类特征形成可检索的形状特征,并建立特征单元模型,利用特征匹配技术寻找符合设计要求的特征单元,并根据优选的特征单元进而初始化约束因子和单元伪密度。然后通过控制约束因子,利用优化准则法和独立网格过滤技术,完成结构设计域的优化。其次,为了把特征单元模型引入拓扑优化过程中,引入约束因子改进了变密度拓扑优化方法,建立新的伪密度表达式参与拓扑优化的循环过程,利用MATLAB编写程序,并通过悬臂梁实例,验证了改进拓扑优化方法的准确性和实用性。最后,将上述成果应用到机翼的结构设计中,开发了一种在机翼翼型表面直接加载气动载荷的三维结构拓扑优化方法,用更接近真实工程的约束和载荷条件进行结构拓扑优化,实现了机翼的气动-结构三维耦合设计,该方法考虑了不同翼型之间气动载荷的差异,并兼顾拓扑优化方法的载荷敏感性。通过实例验证了方法的可行性及有效性。