旋翼是直升机的重要部件，是直升机区别于固定翼飞机的显著特征。各种先进材料的应用促进了直升机技术的迅速发展，这一点在旋翼系统的改进上表现得尤为突出。上世纪70年代以来，采用复合材料柔性梁的无铰式旋翼得到了迅速的发展，其特点是仅有变距铰，桨叶的挥舞、摆振运动通过复合材料梁的弹性变形实现。因此，复合材料柔性梁的设计是无铰旋翼系统核心技术之一。本文研究了无铰式直升机旋翼复合材料柔性梁结构优化设计问题，并针对其中的关键技术开展了研究，完成了如下工作：（1）研究了变分渐进梁剖面分析法（VABS—Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis），建立了复合材料梁剖面特性分析计算流程并编写了程序，通过算例验证了其有效性。建立了利用优化软件集成matlab、VABS等模块的优化流程及优化算法，采用多种优化方法以拓扑优化技术获得柔性梁挥舞段及摆振段拓扑构型，并对不同优化方法所得拓扑构型进行了对比，确定了最为合适的柔性梁挥舞段及摆振段拓扑构型。（2）基于复合材料柔性梁剖面参数化建模方法，建立柔性梁剖面参数化模型及网格划分程序。在此基础上结合优化软件对无铰旋翼功能段拓扑构型进行尺寸优化。以复合材料层合梁为例，分析铺层信息、尺寸、铺层规律等对柔性梁剖面刚度特性的影响，并对柔性梁复合材料单层板铺层参数进行了优化。（3）确定无铰旋翼系统结构参数、整体布局形式、柔性梁材料参数，在此基础上，采用CATIA软件完成了无铰式旋翼部件三维模型的建立及总体装配。（4）利用有限元软件进行旋翼桨叶动力学特性分析，得到不同转速下桨叶前三阶挥舞、前二阶摆振和一阶扭转固有频率及模态振型，并画出桨叶共振图，证明了所设计的模型旋翼符合动力学设计要求。