复合材料桨叶可显著改善旋翼的气弹稳定性、振动特性和气动效率，已在直升机上得到广泛应用。现有的复合材料桨叶气弹分析都基于中等变形梁理论，采用忽略高阶项的量级分析。但实际的复合材料桨叶会产生大变形。因此，研究复合材料桨叶大变形气弹建模及分析方法具有十分重要的意义和工程价值。本文基于Hodges等人的几何精确非线性梁理论，对复合材料桨叶进行几何精确非线性力学建模，将所建的结构模型与非定常气动模型相结合，建立了精确而有效的悬停状态下复合材料桨叶气弹建模和气弹响应分析方法。
　　基于Hodges等人的几何精确非线性梁理论，将改进的变分渐近梁剖面分析和Hodges混合变分形式的几何精确非线性梁运动方程组合，对复合材料梁进行几何精确非线性力学建模。目前国际上使用的变分渐近梁剖面分析采用扰动方法将二次渐近精确应变能转化为广义Timoshenko应变能。该方法忽略了二次渐近精确应变能中的高阶项，并将直梁的二次渐近精确应变能对应的剖面刚度矩阵与广义Timoshenko应变能对应的剖面刚度矩阵之间的关系式扩展用于带初始扭转和曲率的梁。有研究表明，以上简化对某些梁结构影响较大，并不成立。因此，本文在将二次渐近精确应变能转化为广义Timoshenko应变能的过程中，舍弃以上简化，求解二次渐近精确应变能和广义Timoshenko应变能组成的精确非线性方程组。以薄壁复合材料盒型梁为研究对象，通过实验和计算结果的对比，验证了本文力学建模方法的准确性，验证了本文力学建模方法可用于复合材料梁的大变形分析。研究表明：对称铺层薄壁盒型梁有拉伸/剪切和扭转/弯曲这两种弹性耦合，反对称铺层薄壁盒型梁有拉伸/扭转和剪切/弯曲这两种弹性耦合，且变形越大几何非线性越明显。
　　采用改进的几何精确非线性梁结构建模方法对弹性耦合复合材料桨叶进行静力响应和动力特性分析，将计算结果与实验结果进行对比，验证了将本文改进的梁结构建模方法用于复合材料桨叶结构分析的准确性，并研究了剖面翘曲和横向剪切变形这两种非经典效应对复合材料桨叶静力响应和动力特性的影响。研究表明：可以通过改变桨叶大梁的铺层分布及不同弹性耦合沿桨叶展向的分布这两种方式来设计复合材料桨叶，使桨叶具有不同的弹性耦合。剖面翘曲对复合材料桨叶的静变形和固有频率有显著影响，不可忽略。横向剪切变形对复合材料桨叶静变形和固有频率的影响与桨叶长度/弦长比有关。当桨叶长度/弦长比大到一定数值时，横向剪切变形对静变形和低阶固有频率的影响可忽略不计。当需要精确计算复合材料桨叶的高阶固有频率时，应采用6×6全耦合刚度矩阵。
　　将Peters有限状态气动载荷理论、改进的ONERA动态失速模型和Peters-He三维有限状态动态入流理论结合，建立了适用于可变翼型桨叶的气动建模方法。根据可变翼型构型，对ONERA动态失速模型作了以下改进，使其适用于可变翼型桨叶动态失速附加气动载荷的计算：采用可变翼型的静态损失作为动态失速微分方程的激励，且可变翼型的静态损失曲线由未变形翼型的静态损失曲线平移得到；动态失速微分方程的系数计入可变翼型形状变化的影响。同时，计算二维翼型动态失速情况下的气动载荷时，将动态失速引起的环量加入二维动态入流理论。采用建立的气动载荷计算模型，计算了后缘小翼做简谐偏转运动的可变翼型在翼型不做变距运动、未变形翼型在动态失速、后缘小翼做简谐偏转运动的可变翼型在翼型做变距运动三种情况下的气动载荷，并将计算结果与实验结果进行对比，验证了本文气动载荷计算方法的准确性。
　　将本文改进的结构建模方法和气动建模方法相结合，建立了精确而有效的悬停状态下复合材料桨叶气弹建模和气弹响应分析方法。采用总体坐标系下的复合材料桨叶几何精确非线性运动方程计算桨叶在气动载荷作用下的气弹响应。采用本文的气弹建模和气弹响应求解方法，各桨叶剖面的力和力矩作为方程未知量直接求出，不需要使用传统的力积分法或模态叠加法进行求解。采用建立的气弹建模和气弹响应求解方法，计算了复合材料桨叶悬停状态下的气弹响应，并将计算结果与实验结果进行对比，验证了本文建立的气弹建模和气弹响应分析方法的准确性。研究了剖面翘曲和横向剪切变形这两种非经典效应对复合材料桨叶悬停状态下气弹响应的影响。研究表明：本文计算的诱导速度在桨尖附近出现突增，使得桨尖附近的升力和阻力突降，与实际分布相符。剖面翘曲和横向剪切变形对复合材料桨叶悬停状态下气弹响应的影响与桨根形式有关，对无铰式桨叶影响较大，对铰接式桨叶影响较小。