高空长航时无人机能够长期执行侦察、监视等重要军用民用任务,对国家经济的繁荣昌盛和国防的现代化建设起着至关重要的作用。为了降低能源消耗、提高气动特性,这种无人机通常采用大展弦比布局,轻质复合材料在机翼重要部件中的使用占比也越来越高,这使得机翼结构的柔性越来越大。这种采用大展弦比结构布局的复合材料机翼受到气动力作用极易产生大的扭转角和变形,从而导致严重的几何非线性气动弹性问题,对飞行器操纵性能和安全性能产生严重影响。几何非线性使得经典的线性静气动弹性分析方法失效。机翼的扭转变形即使发生微小的改变也会对无人机的气动特性产生较大影响。因此,基于流固耦合技术,考虑到大变形带来的几何非线性问题,研究精确高效的静气动弹性求解方法,深入分析几何非线性,复合材料铺层角度、厚度等因素对大展弦比机翼静气动弹性的影响,对高空长航时大展弦比无人机结构设计意义重大。本文主要完成以下几个方面的研究工作:(1)基于松耦合双向CFD/CSD耦合方法,建立准确的几何非线性静气动弹性模拟方法,以标模HIRENASD机翼为研究对象,验证了该数值计算方法的可靠性。(2)建立准确的大展弦比机翼结构模型,对大柔性大展弦比机翼的几何非线性静气动弹性进行数值模拟,研究了几何非线性对大展弦比机翼静气动弹性的影响。(3)建立等厚度大展弦比复合材料机翼模型,对不同迎角下复合材料机翼的结构特性、纵向气动特性及稳定性进行研究,并与等厚度的铝合金材料机翼进行比较。(4)以机翼结构变形小于半翼展的15%为优化目标,以机翼的金属结构部分满足强度条件,机翼的复合材料结构部分满足Tsai-Wu失效条件作为约束条件,采用Screening方法对机翼复合材料结构部分的铺层角度进行优化,然后对优化后机翼的非线性静气动弹性进行模拟仿真,分析了复合材料机翼铺层角度优化后对该机翼纵向气动特性以及稳定性的影响。