作为一种清洁能源无人飞行器,太阳能无人机具有大展弦比、续航时间长、飞行高度高的特点,整体采用了超轻的复合材料使结构更加轻便,性能更加良好。太阳能无人机在军用和民用领域都有着特殊的应用途径,并逐渐成为国内外无人机领域的研究热点。结构优化作为工程设计常用的一门技术手段,通常可对飞机整体结构进行优化设计,使其获得更好的力学性能和更优的布局方案。在满足太阳能无人机设计要求的情况下,降低整体结构重量以获得最佳的结构性能。本文以某十米翼展的复合材料太阳能无人机为研究对象,结合有限元理论对机翼整体进行静力学分析,重点应用结构优化技术对翼梁与翼肋部件进行优化设计,在满足设计要求的同时得到最优的梁肋布局方案,以达到减重的目的,主要研究内容如下:（1）首先对太阳能无人机机翼结构的设计要求和性能指标进行分析,结合传力方式确定其为薄蒙皮、双翼梁、多翼肋的结构形式,并对翼面进行计算流体力学分析,采用多点排法将机翼所受的气动载荷转换为有限元网格的结构点载荷,通过模型简化、网格划分等步骤完成机翼有限元模型的建立。（2）依据结构有限元法,在Abaqus中对机翼有限元模型进行静强度分析,结合复合材料层合板失效准则,通过查看结果的应力、应变、变形位移及蔡吴系数云图验证了机翼整体结构在受载作用下满足设计要求,且内部结构材料可靠,具有很大的优化空间。（3）通过使用遗传算法在Isight平台集成Abaqus软件对翼梁结构进行分级优化,首先为翼梁截面尺寸和位置的一级优化,在此基础上对翼梁进行二级铺层厚度和角度的同步优化。以质量最低为优化目标,分别建立各自的数学模型,基于MIGA求解得到各自优化模型的最优解,最终机翼的结构重量得到了有效的降低,且整体性能有所提高,达到了结构优化的目的。（4）基于传统的变密度法对翼肋内部单元进行拓扑优化,以整体质量最小为优化目标、体积百分比为约束建立优化求解模型。根据实际制造要求和优化结果,重新设计翼肋内部减轻孔的位置,在满足强度和刚度要求的同时进一步降低了太阳能无人机的结构重量,最后对复合材料层合板样件进行了三点弯曲试验,并介绍了优化后机翼的成型过程。通过对翼梁的分级优化,机翼结构重量降低29.7%,对翼肋进行拓扑优化后,翼肋结构重量下降35.6%,最终机翼结构总重量减少了31.8%,优化效果明显。优化后结构应力、应变、变形位移等均满足设计要求,并且整体性能有了很大的提升,说明本文所使用的优化方案可行有效,为复合材料太阳能无人机的设计与研究提供了一定的参考价值。