倾转旋翼机具有比常规直升机高得多的前飞速度和续航能力,又具有常规固定翼飞机所不具备的垂直起降和悬停能力,能满足多种飞行任务的需要,因此近年来无论在军用或民用方面对倾转旋翼机的需求越来越大。然而,作为介于直升机和固定翼之间的一种机型,倾转旋翼机具有比两者更为复杂的气动干扰现象,严重影响了倾转旋翼机的气动性能。因此,开展倾转旋翼机复杂气动干扰的分析及气动优化设计的研究具有重要的理论和实际意义。本文基于非结构混合网格系统,提出并建立了用于倾转旋翼机气动干扰特性分析的非定常动量源方法,并应用建立的数值模拟方法分别开展倾转旋翼机多状态气动干扰流场分析、倾转旋翼机结构/气动参数的影响特性分析、倾转旋翼机多状态气动优化设计。主要研究工作包括以下几个方面:第一章,针对倾转旋翼机复杂的气动干扰问题,分析了国内外在倾转旋翼机流场数值模拟方法、动量源方法以及倾转旋翼机气动外形优化设计研究方面的技术现状及难点,并指出了采用耦合新型非定常动量源模型的数值模拟方法对倾转旋翼机非定常流场及气动特性数值模拟的必要性和重要意义。第二章,为了充分捕捉附面层内粘性流动对倾转旋翼机气动特性的影响,同时考虑多种飞行状态特点,构建了底层三棱柱网格—外层四面体网格相结合的非结构混合网格系统。为了满足非定常动量源计算的需要,将非结构混合网格、二维翼型网格和笛卡尔搜索网格相耦合,建立了一套倾转旋翼机干扰流场数值模拟的网格生成方法,并给出了多种网格生成结果。第三章,在建立的网格生成方法的基础上,构建了适用于不同飞行状态下倾转旋翼机非定常流场数值模拟方法。为了兼顾倾转旋翼机干扰流场的模拟精度和效率,首先,提出了一种介于贴体CFD方法与传统动量源方法之间的非定常动量源方法;然后,将Navier-Stokes方程作为控制方程,湍流模型选取了一方程S-A模型,采用了双时间推进方法;并引入OpenMP并行加速技术。在此基础上,通过不同模型旋翼流场的算例计算,验证了本文方法的有效性,同时对比反映了非定常动量源方法具有较好的计算精度和效率。第四章,为了揭示倾转旋翼机的非定常气动干扰现象,在上述分析方法基础上,对悬停、前飞(直升机模式、飞机模式)以及过渡状态下倾转旋翼机的全机气动干扰流场进行了模拟。细致分析了悬停状态下倾转旋翼机特有的“喷泉效应”、不同前飞模式下干扰程度和方式的差别以及不同过渡状态下的倾转旋翼机气动特性变化特征等,获得了多状态下倾转旋翼机非定常干扰流场的特性。第五章,为了获得不同结构/气动参数对倾转旋翼机干扰流场的影响特性,针对不同飞行状态,分别开展了旋翼/机翼间距、机翼襟翼角、旋翼转向及尾翼构型对全机流场的干扰影响,获得了相应的参数影响规律。并进一步分析了各部件对机翼的气动干扰方式和程度,为进行倾转旋翼机多目标、多状态的气动优化打下了基础。第六章,将CFD方法和代理模型方法相结合,建立了一套适用于倾转旋翼机气动外形综合优化的高效优化设计方法。为了提高倾转旋翼机的运输性能,以降低干扰状态下悬停状态的机身增重和前飞状态下的阻力为优化目标,选取机翼后掠角、翼型配置等作为设计参数,对悬停、前飞状态下的倾转旋翼机进行了综合优化设计,获得了倾转旋翼机先进气动外形的设计结果。