目前,气动/雷达隐身特性综合优化设计是直升机多学科优化和总体设计领域富有挑战性的研究课题。本文针对直升机复杂的流场和电磁散射场特征,分别建立了计入旋翼动态影响的直升机雷达散射截面(RCS)预估方法、基于Navier-Stokes方程的旋翼悬停流场和添加动量源模型的旋翼/机身干扰流场分析方法,并应用建立的方法系统开展了直升机旋翼、机身和全机雷达目标特性的分析,在此基础之上,借助代理模型优化策略开展直升机布局对气动/雷达隐身综合性能影响的评估研究。具体内容如下:作为前提和背景,第一章简要概述国内外直升机雷达目标特性、气动特性和气动/雷达隐身特性综合优化设计的研究现状,总结了现有研究中存在的不足以及难点,指出构建优化设计平台来综合考虑直升机气动/雷达隐身性能的重要意义,并介绍了本文拟采用的研究方法和内容。第二章,为了精确反映桨叶的电磁散射细节特征,以守恒型Maxwell方程作为主控方程,建立了一套高精度的基于时域有限体积法(FVTD)的旋翼RCS特性数值模拟方法;针对旋翼特有的旋转、挥舞等运动特点,将物理光学法、等效电磁流法和准静态法相结合,发展了一套计入旋翼动态影响的直升机目标特性综合分析方法;进一步通过与存在解析解或试验结果的算例进行比较,验证了建立方法的可行性。第三章,基于嵌套网格技术,以N-S方程作为主控方程,空间离散和时间推进分别采用低耗散的Roe-MUSCL格式和高效隐式LU-SGS格式,粘性计算采用S-A湍流模型,发展了适合于优化计算的旋翼悬停流场高精度的CFD方法;另一方面,以动量源模型替代旋翼对流场的作用,发展了一套高效率的基于N-S方程的旋翼/机身干扰流场分析方法,并通过算例验证了直升机CFD分析方法的有效性。第四章,开展旋翼雷达目标特性分析及参数影响研究。首先,基于高精度的FVTD方法开展了旋翼雷达散射特性的机理分析和翼型几何外形特点对RCS特性的影响规律研究;其次,考虑旋翼散射回波的微多普勒效应,结合时频分析方法,开展了新型桨尖外形对RCS的影响机理和多元响应特性的综合分析;最后,研究了常规和非常规构型旋翼散射回波的时域、频域和时频域灰度谱分布特征,发现和提取了旋翼RCS动态闪烁域出现的时机与次数,探索了旋翼雷达特征信号的控制技术。第五章,开展机身雷达目标特性及部件的影响研究。在孤立机身雷达目标特性预估的基础上,分析装配不同结构部件后机身RCS的变化规律和强散射中心的扩展趋势,揭示了部件对机身雷达散射的影响机理;进一步比较原始和隐身改型机身RCS的多元响应特性、强散射分布特征和不同波段下的雷达最大探测距离,总结可以提高机身雷达隐身性能的外形设计措施。第六章,开展直升机布局对其雷达隐身特性的影响研究。在对比分析三型直升机RCS多元响应特性的基础上,以桨盘倾倒的方式计入桨叶的挥舞运动,研究动态旋翼对全机散射特性的影响规律;根据散射强度分布和雷达最大探测距离关系,提出并建立直升机对抗雷达探测的四级预警机制和等级,进一步讨论延迟雷达截获时间的飞行规避方案。第七章,开展直升机气动/雷达隐身综合特性的优化设计及应用研究。首先,基于建立的CEM/CFD耦合的高精度数值方法,开展旋翼翼型气动/雷达隐身一体化分析和设计;其次,借助代理模型优化策略,以提高气动特性和改善RCS性能作为优化目标,着重以桨尖后掠和桨叶扭转分布作为设计参数,进行旋翼气动/雷达隐身特性的综合优化设计,获得了一些优化结果;最后,开展悬停和前飞状态下常规布局和隐身设计机身的升阻特性、剖面压强系数分布和下洗载荷的研究,通过评价函数法评估直升机气动/雷达隐身的综合性能,探索和总结具有高气动效率/低探测性能的直升机布局设计型式的一些方案和经验。