大展弦比无人机机翼广泛应用于中高空长航时无人机结构设计中,其工作环境和功能要求其在具有较薄的翼截面和质量限制的同时保证较高结构刚度和强度,这对结构设计和传力分析提出较高的要求。传统结构采用高强度金属材料制作,通过增加沿翼展方向布置的梁来提高总体刚度,通过螺栓和铆钉进行连接。为了降低机翼结构质量,提升机翼的刚度强度要求,本文从四个方面进行机翼结构设计和优化。首先,分析了大展弦比无人机机翼的外载荷及传力方式,通过经验法设计碳纤维材料的整机模型。其次,研究强度计算相关方法以及不同软件对计算方法的应用,分析非线性和复合材料研究方法,对主梁、连接部位关键位置进行有限元分析和实验对比,并进行整机在工作条件下的应力及变形分析。然后研究不同结构的优化方法及分析步骤,提出一种基于流固耦合分析的两步三次迭代的结构优化分析方法。最后,通过一次ANSYS拓扑优化分析,两次参数优化分析,得到能满足结构受力条件的最优结构布置形式,并于优化前模型进行对比。通过光敏树脂3D打印技术实现设计的缩比模型,进行静力加载试验,对比在试验条件下两种机翼的结构响应。通过传力分析、理论计算、仿真计算和优化设计,得到在质量降低的同时刚度和强度有所提高的机翼模型,并在试验阶段进行制造试验,试验结果再一次说明仿真结果的可信性。通过一轮设计及试验,提出一种新的大展弦比无人机结构布置方法。同时得到新的结构设计方法,并通过本设计证明方法是可行有效的,并且可以有效降低结构重量,提升性能。经过优化设计,结构质量降低4.7%,最大变形降低13.5%。