本文主要针对某型无人机进行了复合材料机翼的结构优化设计研究。首先,对无人机机翼进行了初步设计。初步设计采用梁肋结构,其中梁及蒙皮均为复合材料。之后利用有限元软件MSC.PATRAN&MD.NASTRAN,在给定载荷下对机翼等进行了强度刚度分析,分析结果均满足设计要求,且强度刚度均有很大余量。然后根据初步设计加工了试验样机,对结构进行相关试验,试验结果与仿真分析结果吻合较好。由于初步设计结构强度刚度设计余量较大,为满足结构轻量化的要求,以期达到材料的最佳性能,须对机翼结构进行结构优化。其次,在初步设计基础上,对机翼进行优化设计。文中采用分层优化的思想,将整个机翼的优化分为布局优化、尺寸优化以及关键零部件优化等几个层次。第一级优化为机翼结构布局优化,采用变密度法进行拓扑优化方法得到机翼的结构布局大概形式；根据拓扑优化的结果,采用模拟退火算法(SSA)具体计算机翼主要承力元件的位置。第二级优化为尺寸优化,以结构质量为目标函数,主承力元件以及蒙皮的厚度为优化变量,采用改进的可行方向法(MMFD)以及序列二次规划法(SQP)对结构进行尺寸优化。第三级优化对机翼中关键零部件采用安全裕度法进行了改进设计。最终完成了机翼的结构优化设计。通过结构布局优化,该结构质量降低了4.5%；通过尺寸优化,结构质量降低了36%,结构质量共计降低了38.9%。同时结构变形及最大应力均满足总体要求。证明本文优化的机翼强度、刚度及稳定性均达到要求,而结构重量较轻,即本文所采用的优化方法是可行有效的。