本文研究多学科设计优化在直升机总体设计中的应用。近年来飞行器设计已从传统的“面向性能设计”转变为现代的“面向可负担性和质量设计”,同时多学科设计优化方法在飞行器总体设计中得到广泛的应用,大大降低了飞行器全寿命周期成本和研制风险、缩短了设计周期、提高了设计质量和飞行器综合效能。直升机总体设计涉及到空气动力学、飞行力学、动力学、结构强度、经济性等多个学科,这些学科之间互相耦合、相互影响,因此直升机总体设计是典型的多学科设计优化问题,在直升机总体设计中采用多学科设计优化方法是直升机总体设计的必然发展方向。本文重点研究多学科设计优化在直升机总体设计中应用的关键技术,通过集成多个与直升机总体设计相关的学科,初步建立起直升机总体多学科综合设计优化系统,为多学科设计优化在直升机总体设计中的应用进行初步的探索和尝试,从而提升直升机总体综合设计水平,为我国直升机新机研制提供理论和技术储备。本文首先根据直升机总体设计的特点,建立起包括概念设计阶段的总体参数初步选择和初步设计阶段的总体参数多学科设计优化的直升机总体多学科设计优化框架。提出了一种基于统计分析的通用运输直升机总体参数初步选择方法,可以根据直升机设计要求,利用直升机总体数据库,进行总体参数的初步选择,确定满足设计要求的初步总体设计方案,可作为总体多学科设计优化的初始点。直升机总体参数和布局参数对直升机的操纵稳定性有着较大的影响,本文建立了适合直升机总体设计的直升机操纵稳定性分析模型,通过优化设计选择合适的总体参数和布局参数,以获得优良的直升机操纵稳定性,同时对比经典数值优化算法、智能优化算法和混合优化算法,发现混合优化算法更适合直升机操纵稳定性优化设计模型的求解。为了提高直升机操作稳定性优化的效率,进行了基于代理模型的直升机操纵稳定性设计优化研究。比较了不同代理模型类型、试验设计方法和样本点集大小对构建直升机操纵稳定性代理模型精度的影响;同时利用建立的代理模型,分析了常用的基于代理模型的直接优化方法和迭代优化方法的优缺点,提出了基于混合算法和模型的优化方法,通过算例验证了该方法的可行性和有效性,其既可以提高优化效率,又具有较好的全局收敛性,对于大规模全局的高度非线性优化设计模型有很好的应用前景。在建立和验证直升机飞行性能、重量、操纵稳定性和经济性学科分析模型的基础上,分析各个学科之间的耦合关系,确定设计变量和优化目标,建立了直升机总体多学科设计优化模型。针对直升机总体多学科设计优化模型的多目标特点以及协同优化方法收敛性差、计算量大的问题,提出了分布多目标协同优化(DMOCO)方法,通过数学算例计算分析,验证DMOCO方法的可行性和有效性,此方法能够分布的优化各学科目标,具有更好的收敛性和更高的优化效率。最后本文建立了面向可负担性设计的运输直升机总体设计综合评价准则,利用iSIGHT软件集成直升机各学科分析程序,分别建立起基于多学科可行方法和分布多目标协同优化方法的直升机总体多学科设计优化系统,并以UH-60A直升机为算例,进行了UH-60A直升机总体多学科设计优化。结果表明本文建立的直升机总体多学科设计优化系统可以有效的应用于直升机总体参数优化设计,能够利用各学科之间的协调效益,选择满足各学科设计要求、高效能低费用的综合最优的直升机总体方案;同时验证了DMOCO方法在实际工程设计优化中应用的可行性和有效性。