树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优异的性能,是理想的航空材料,在飞机上的应用比例逐年增高。机翼是飞机最为重要的部件之一,主要作用有：为飞行提供,保证飞行性能和机动性,保证横向稳定性和操纵性。机翼应用复合材料结构是提高飞机结构效率,改善飞机气动性能、飞行品质、控制特性的重要技术途径之一。本文以一种大展弦比超轻复合材料机翼为研究对象,对机翼结构的内部骨架以及蒙皮结构进行了结构优化设计。首先建立了机翼模型的3D有限元分析模型,基于Optistruct软件中的拓扑优化模块,对机翼模型主要受载区域的内部空间进行拓扑结构分析,得到了内部梁架结构的位置信息。在此基础上分析了该机翼模型各个承力构建的弯曲刚度之比,根据“刚度分配法”确定了机翼模型上载荷分配情况；在第三部分结合复合材料优越的可设计性,结合OptiStruct软件对机翼蒙皮结构进行了结构优化,经过自由尺寸优化、层组尺寸优化、铺层顺序优化三个优化过程后,蒙皮结构刚度性能得到了提高同时质量得到了减轻；结合之前所得到的的优化方案,对机翼模型进行了实物制作,并进行了试验,得到了机翼模型优化方案的刚度性能数值。本文将复合材料结构的优化与有限元分析相结合,同时采用了多种结构优化方法,对复合材料在飞机机翼结构的设计及制造具有一定的参考价值。