结构颤振涉及到气动弹性力学和结构动力学,是一种非常重要但又难以预测的自激振动现象。飞行器在高超音速飞行时,其舵面结构极易发生颤振并有可能导致飞行器突发性破坏。目前,有效运用于抑制舵面结构颤振的方法主要包括质量平衡法和局部刚度加强法,两者均属颤振的被动抑制,往往导致舵面结构重量增加。颤振的主动抑制常采用外部控制系统,然而,控制系统的时滞问题及其稳定性会对飞行器飞行安全构成极大威胁。因此,飞行器颤振的主动控制仍处于模拟和风洞实验阶段,能真正运用于飞行器实际飞行的不多。本文将结构拓扑优化技术运用到舵面结构的颤振设计中,通过优化拓扑构型来改善舵面结构的颤振特性以及实现舵面结构的轻量化设计。本文总结评述了颤振分析和结构拓扑优化的相关理论。根据现有商业软件的特点,建立了三种考虑颤振特性的舵面结构拓扑优化模型。基于Nastran软件约束颤振阻尼的优化模型显著提高了舵面结构的颤振速度,但拓扑构型并不理想。而基于Optistruct软件分离弯/扭模态频率的优化模型得到了较好的拓扑构型,但是其颤振速度提升幅度以及轻量化程度都有限。为了获得理想的舵面结构拓扑构型,本文在对比分析以上两种模型优化结果的基础上,提出了先后约束舵面结构颤振阻尼和弯/扭模态频率差的两级拓扑优化模型,大幅度提升舵面结构颤振速度的同时尽可能地降低了舵面结构的重量,获得了理想的舵面结构拓扑构型。通过拓扑优化设计使高颤振速度成为舵面结构本身的特性,对解决舵面结构的气弹稳定性问题提供了有效思路。