自转旋翼机是航空器的重要组成部分,与直升机相比,自转旋翼机不具备悬停功能。但自转旋翼机的结构简单、安全性高而且成本较低。在该轻小型单人自转旋翼机的设计过程中,将针对自转旋翼机的总体布局、自转旋翼气动特性、机架轻量化设计等内容进行研究。本文主要研究内容如下:首先,参考经典轻小型自转旋翼机结构,依据设计要求及实际工况进行总体设计布局,研究旋翼机总体构型以及机身主体结构的设计。其次,基于叶素理论等方法建立自转旋翼气动计算模型,主要研究单旋翼气动模型,进行自转旋翼的构型以及其他气动部件的设计。然后,对自转旋翼机机架的静态特性和动态特性进行深入研究,对自转旋翼机机架在跃升起飞工况、平飞工况以及着陆工况所受载荷进行静力分析,并对机架进行强度和刚度的评价。提取自转旋翼机机架前7-20阶的自由模态,得到各阶模态的固有频率和振型并进行谐响应分析。最后,对占机身整体重量较大结构进行多目标优化,分析得到能满足设计要求的机身总质量最小的方案,实现自转旋翼机机身骨架的轻量化的优化目的。本文的研究形成了关于自转旋翼机骨架的分析和设计方法,可以为轻小型自转旋翼机机架的优化设计的提供参考。