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五元氮杂环类含能化合物因其能量高、感度低以及能量可控性高等优点，一直以来是新型高能密度材料领域的研究焦点。由于高能材料合成耗时耗力，且危险性高，故需要理论研究的帮助，提前对设计的化合物进行性能评估，筛选出性能优异的含能候选物，揭示其结构与性能之间的关系，为实验设计提供一定的理论依据。本文以呋咱、1,3,4-噁二唑、四唑环为基本结构单元，构建了多系列共120种含两个五元氮杂环的含能化合物。采用第一性原理DFT-B3LYP方法，在6-311G*基组水平上，对设计目标化合物的分子结构和电子结构进行优化。通过设计合理的等键反应，计算其生成热，找出取代基及桥键的影响规律，从而揭示结构与性质的关系。研究发现：NH2、-NO2、-ONO2、-NF2、-N3、-NHNO2、-NHNH2这些取代基中，-N3基团取代的化合物生成热最大。当取代基相同时，氮桥键（-NH-，-NH-NH-，-N=N-）衍生物生成热要比相应的碳桥键（-CH2-，-CH2-CH2-，-CH=CH-）衍生物的生成热大。共轭的碳氮桥键衍生物要比相应的非共轭的碳氮桥键衍生物要大。结构单元的含氮量越高，所在化合物的生成热也越大。利用Monte-Carlo原理和K-J方程计算了所设计化合物的理论密度及爆速和爆压，为高能量密度化合物的分子设计提供了定量依据。采用密度泛函B3LYP/6-31G**方法对54种高氮含能化合物进行结构优化，计算得到前沿轨道能级差（ΔE）、爆热（Q）、化合物的密度（ρ）等结构参数，分别利用多元线性回归（MLR）方法和最小二乘-支持向量机（LS-SVM）方法建立上述参数与54种高氮含能化合物爆速的“定量结构-爆速”关系模型。结果表明MLR方法和LS-SVM方法预测集的复相关系数、留一法交互验证系数分别为0.9547、0.9068和0.9621、0.9596，所建QSPR模型均具有良好的稳健性和预测能力。MLR模型的研究发现3个变量（密度ρ、前沿轨道能级差ΔE、爆热Q）中，爆热Q对爆速的影响最大，接着依次是密度ρ和前沿轨道能级差ΔE。MLR与LS-SVM两种方法各有所长，因此，实际应用中应将两种方法结合起来，相互补充，从而更精确地预测新型含能材料的爆速。