充气机翼是一种由柔性材料构成的结构，在地球科学研究以及火星探测等科学考察研究方面有极高的应用价值与良好的应用前景。但目前还没有一套完整科学的充气机翼的设计成型过程的设计理论和优化算法，而这个问题也成为在充气机翼飞行器设计与制造过程中急需解决的重要问题之一。
　　本文以NACA四位数系列翼型族和五位数系列翼型族机翼为研究对象，以在低速飞行器上得以应用的四款常见的NACA四位数或五位数翼型族代表作为切入点，开展了充气机翼的优化设计工作与力学性能分析工作。
　　具体来讲，论文开展了以下工作:
　　首先，对充气机翼翼型中内切圆圆心位置的确定方法进行了研究，设计了适用于所有NACA四位数和五位数翼型族的充气机翼翼型内切圆组的分析计算程序。并利用该程序对四种特定的翼型进行了内切圆组的寻找、计算与优化，得到了相对应的充气机翼翼型。
　　其次，基于有限元软件Ansys Workbench对上述四种充气机翼开展了结构静力学的分析，对在不同内压下集中载荷与均布载荷两种载荷作用下充气机翼的最大位移进行了研究。并得到了充气机翼在载荷作用下的位移应力应变形态。特别的，将NACA4418充气机翼有限元数值计算结果与计算的理论值进行对比，验证了数值计算方法的可靠性。
　　随后，基于有限元软件Ansys Workbench对四种充气机翼进行结构动力学的分析，对充气机翼在一端固支的约束条件下的各阶振型进行了研究。此外，还求得了在不同充气气压下的各阶振型，发现了自振频率与充气机翼内压的变化规律。
　　之后，使用CFD软件Fluent对充气机翼的二维翼型与三维机翼进行了气动特性的分析，对充气机翼的失速迎角、流动形态进行了研究，并于相对应的标准翼型进行对比，发现了充气机翼的升阻特性随迎角变化的变化规律。
　　最后，对充气机翼的制造材料进行了初步的选择，对实验室现有的三种适用于充气结构的复合材料进行材料力学单向拉伸试验，对复合材料经纬向的力学性能进行了分析研究。
　　综上，通过理论分析、数值计算与实验工作，本文得到以下成果与结论:
　　1)提出了一种设计充气机翼的方法，并建立了一套较完整的适用于所有NACA四位数翼型和五位数翼型的充气机翼内切圆组的分析计算程序，并针对低速飞行器使用较多的四种典型翼型进行了设计分析与优化，得到了相应的充气机翼模型。
　　2)通过对充气机翼的结构力学性能分析发现，充气机翼的内压力增加会使充气机翼在同一静力载荷作用下的最大位移降低，于此同时，充气机翼的内压力增加还会增加充气机翼各阶自振模态对应的频率。
　　3)通过对二维充气机翼翼型与三维充气直机翼的流场数值计算发现，充气机翼表面的凹凸不平会影响气流在机翼表面的流动，从而会同时降低机翼的升力系数并增加机翼的阻力系数，并使充气机翼的最大升力系数降低，除此之外，充气机翼表面的凹凸不平也会延缓气流分离，使得充气机翼的失速迎角增加，拥有更好的失速特性。
　　4)通过对制造充气结构的复合材料进行拉伸试验发现，复合材料试件的经向的抗拉极限强度大于纬向的抗拉极限强度。
　　本文以研究充气机翼的设计制造分析为目的，发展并优化了充气机翼翼型设计方法，利用数值模拟分析了充气机翼的力学性能，同时并将复合材料的力学性能应用到充气机翼的设计制造过程中，取得了实用性效果。另外，对充气机翼优化设计与力学分析过程中相关技术的梳理和研究，也为后续进一步开展充气机翼无人机设计工作奠定了基础。