复合材料具有高比强度、高比模量等优势,随着加工工艺和可靠性的不断改善,在航空航天结构中的使用率越来越高,特别是在中小型无人机中的应用非常广泛,很多采用了全复合材料机体结构。为了进行无人机结构的轻量化设计,本文在查阅拓扑优化和复合材料结构优化相关资料的基础上,提出了 一种针对复合材料结构优化的拓扑-尺寸联合优化策略,首先通过拓扑优化得到结构的布局形式,然后在此基础上建立复合材料结构模型,并对此进行尺寸优化,从而得到优化的复合材料结构。通过复合材料箱型结构的优化算例验证了该优化策略的可行性。基于拓扑-尺寸联合分级优化方法,考虑机翼一般设计要求和工程经验,对某型无人机机翼进行了有限元模型建立及载荷简化,并对其进行了整体结构的优化设计。首先,对机翼内部假设为实心均匀材料的初始模型出发进行拓扑优化分析,得到梁、肋的布局信息;接着,将拓扑优化出的梁、肋采用泡沫夹芯复合材料替换,建立尺寸优化的有限元模型,进行面板不同角度铺层的厚度的优化;最后,进行铺层顺序优化,完成机翼的整体优化设计。比较有无泡沫夹芯情况下机翼优化情况,结果表明泡沫夹芯复合材料优化效果更佳,承载能力更强。对某型带挂载无人机机翼采用上述方法进行了结构优化,根据拓扑优化结果对机翼翼尖进行加强梁和肋设计,得到较显著的减重效果。结合Optistruct软件通过自由尺寸优化、层组尺寸优化及铺层顺序优化完成了带挂载机翼蒙皮的自由尺寸优化设计。三种泡沫厚度情况下的优化结果表明一定厚度的泡沫夹芯有利于在保证强度和刚度的前提下提高减重效果。本文研究方法和结果可为复合材料无人机结构的优化设计提供参考。