我国航空货运规模不断扩大,航空货运的需求不确定性和轴辐式网络结构的规模经济效益可能导致枢纽出现拥堵情形。为了帮助航空公司抵御需求不确定对网络运营成本的影响,本文从需求不确定及枢纽容量限制角度出发,对如何选择枢纽和货物运输路径展开如下研究:（1）航空货运网络构建与枢纽选择。运用复杂网络定量分析方法,构建了加权无向航空货运复杂网络,分析现有航空货运网络的结构特点及货邮量均衡性,发现多数航线聚集在少数机场上,许多货邮量也只被少数机场捕获,这种现象加剧了枢纽拥堵的可能性。最后基于长期决策航空货运需求变化不影响枢纽选择,考虑网络中结构中心度和货邮量强度较大的机场具有更优越的连通性和更大的容量份额,建立复杂重要度矩阵模型,并对我国184个机场的重要度进行排序,筛选出符合我国发展现状的枢纽机场候选集,缩小了网络优化阶段枢纽搜索范围,为枢纽优先级提供了决策支持。（2）考虑枢纽容量限制的航空运输网络优化。针对轴辐式网络的枢纽机场因容量限制出现拥堵的情形,考虑当枢纽上流量超过其容量限制时,用幂指函数来表示拥堵流量的惩罚成本,建立了严格多分配非线性混合整数优化模型。将模型应用于15个主要机场组成的航空货运主干网络中,并利用遗传算法求解。对拥堵惩罚成本函数的参数、和规模折扣系数进行敏感性分析,通过实验得出,考虑超出容量限制的拥堵流量设置惩罚成本能够均衡枢纽的流量分配,有效缓解枢纽拥堵情形。（3）考虑需求不确定及枢纽容量限制的网络优化。针对航空货运网络中的需求不确定和容量限制问题,构建带有离散情景集的严格多分配航线网络随机优化模型,对模型中的不确定参数应用多场景集概率统计方法处理为确定数值将模型等价转化为确定型求解。最后选择了由15个机场组成的主干航空货运网络进行实例分析,基于历史数据设计符合实际需求分布的高、中、低三种需求情形,对确定型和不确定型需求的严格航线网络进行对比分析,发现随机优化模型较确定型模型运营成本更低,验证了模型的有效性。运用复杂网络分析及随机优化方法对航空货运网络优化研究,可以帮助航空公司做出合理的运输方案决策,以提升航空货运网络应对枢纽容量限制及运输需求不确定的韧性。