旋翼翼型的动态失速现象限制了直升机的最大飞行速度和机动性，并且其产生机理复杂、抑制困难，是直升机空气动力学领域持续关注的重点与难点问题。本文首先介绍了试验、半经验模型和计算流体力学（CFD）等旋翼翼型动态失速研究方法的发展，分析了不同方法的优缺点和适用范围。其次，梳理了旋翼翼型动态失速机理及气动外形、迎角及来流等参数影响机制的研究进展。综合对比发现，变来流-变迎角耦合状态的动态失速更符合旋翼桨叶剖面的流动特征，是未来旋翼翼型动态失速研究的重要方向之一。然后，阐述了旋翼翼型设计方法和设计理念的发展历程，分析了主流翼型定常设计与少数非定常设计理念的优缺点。分析结果表明，非定常设计可以获得既能缓解动态失速又能显著提高静态气动特性的翼型，综合考虑旋翼桨叶剖面运动与来流特征的非定常设计是当前旋翼翼型设计的一个新方向。最后，对旋翼翼型设计的未来发展方向进行了讨论，提出了旋翼翼型设计与旋翼桨叶一体化设计的多层级、多阶段发展设想。

为满足我国直升机研发对自主旋翼翼型的迫切需求，开展了旋翼翼型气动优化设计与验证方法研究。发展了旋翼翼型指标分析与给定方法，给出了我国直升机旋翼翼型谱系规划设想，以进化多目标算法为基础结合PCA算法建立了旋翼翼型多点/多目标优化设计方法，突破了旋翼翼型气动特性精准测量风洞试验技术。利用所建立的方法对典型厚度翼型进行了优化设计并开展了风洞试验验证，计算评估与试验验证均表明自主设计翼型综合性能较国外参考翼型有一定提升。在此基础上，进一步构建了旋翼性能理论计算与试验验证综合评估方法，两种方式得到的旋翼主要性能数据偏差小于5%，表明该方法具有较高的可靠性。评估结果显示，基于设计翼型的旋翼模型气动性能较基于参考翼型的旋翼模型提升了3%。

飞机结冰是严重影响飞行安全的潜在危险因素之一。本文针对飞机结冰问题提出了保障结冰条件下飞行安全的等离子体冰形调控方法，开展了基于等离子防除冰冰形调控的冰风洞试验，进行了冰形调控规律的探索，并在无人机上对冰形调控方法进行了验证。结果表明，等离子体冰形调控可按照设计的布局防止结冰从而获得所预期的调制冰形；单个冰形宽度与弦长比即无量纲冰形尺寸（d/c）和单个冰形宽度与单个无冰间隙宽度比即无量纲调控比例（d/l）决定了调控效果；对于固定的无量纲调控比例，无量纲冰形尺寸比值在0.1～0.2之间时获得最佳的升力系数；无量纲调控比越低，机翼升力系数越高。在无人机飞行测试中，通过前缘冰形调制策略提高飞行气动性能的验证，结果表明：相比于机翼前缘全结冰，前缘冰形调制后，失速迎角延迟4°，在大迎角下的升力系数普遍恢复了20%～30%。本文给出了冰形调控的方法和调控规律，并指出选用合适的无量纲冰形尺寸和调制比有助于获得结冰条件下最佳的气动性能，同时通过无人机飞行试验验证了方法的有效性。