计算机技术与计算流体力学的不断发展带动了飞行器气动外形设计学科的巨大进步，气动外形设计方法经历了从"Cut-and-Try"到反设计再到优化设计，气动分析方法从依赖风洞试验到低可信度CFD计算再到高可信度CFD计算。随着气动外形设计方法的不断发展以及对飞行器性能要求的不断提高，气动设计对象、设计状态、优化模型、约束条件等都在变得越来越复杂与精细化，使得气动外形设计方法面临新的考验与挑战。本文根据作者及课题组多年研究的积累，结合国内外相关的研究成果，系统地回顾了飞行器气动外形设计方法的研究进展，对当前气动设计方法面临的新问题与新挑战进行了总结，并对未来气动外形设计的研究方向进行了展望。

近年来优化设计得到了大量的研究和发展，多学科、多设计点、多目标、多约束、鲁棒优化等优化算法已经相对成熟，但这些算法在工程设计中的实际应用尚有诸多困难。从优化在工程设计中应用的发展历程及其遇到的问题入手，介绍"人在回路"作为一种面向工程的优化设计思想的内涵、实施方式和历史沿革。以气动优化设计为例阐述"人在回路"思想在优化设计各个环节中的实现方式和表现。另一方面，当下人工智能的发展使得计算机在非线性映射构建、数据挖掘等方面体现出了超越人能力的性能，从而进一步探讨人工智能在优化设计中替代"人在回路"的作用，分析面向工程的优化设计几个可能的发展方向。

针对倾转旋翼存在直升机和固定翼两种工作模式特点，将CFD方法与优化方法相结合，建立了一套倾转旋翼/螺旋桨气动外形综合优化设计方法。首先，发展了一套适合桨叶气动外形优化的高效网格生成方法，将桨叶三维网格的生成转化为沿桨叶展向分布的独立二维网格生成问题，降低优化设计过程中桨叶网格生成难度和计算量。然后，基于动量/叶素组合理论，建立了适用于悬停和巡航状态旋翼操纵量计算的高效配平方法，并提出适合同时描述倾转旋翼悬停和巡航性能的综合性能评价指标。采用RANS方程作为主控方程，湍流模型采用S-A模型，时间推进上采用高效的隐式LU-SGS格式。最后，为提高倾转旋翼外形优化设计的效率，建立基于置换遗传算法优化的拉丁超立方方法（PermGA LHS）和径向基函数（RBF）的代理模型优化方法。在上述方法基础上，选取一种包含前后掠以及尖削等外形组合变化外形的倾转旋翼作为原始构型，分析倾转旋翼气动性能及流动细节特征，发现悬停和巡航状态桨叶升力分布不合理之处及其产生机理。进一步通过对三维桨叶尖部的综合气动外形（扭转/弦长/上下反）优化设计，优化方案能有效改善桨叶尖部的气流分离现象，且提升桨叶升力沿展向分布的均匀性，因而明显提高了倾转旋翼的综合气动效率（优化旋翼最大悬停效率和最大巡航效率分别提高了8.4%和6.84%，优化旋翼综合性能指标提高最大值达到5.7%）；性能最优构型桨叶的特征有：桨叶扭转角变化内陡外缓；桨叶外侧弦长有显著增加、尖部大尖削；桨叶尖部内侧上反和外侧下反组合变化。