轻量化是飞艇结构设计的核心问题之一，而采用结构优化技术对飞艇骨架减重则是实现轻量化的有效途径。结构优化可分为三个层次，即形状优化、拓扑优化和截面优化。其中，形状优化和截面优化均属于连续变量优化问题，相关方法已较为成熟；而拓扑优化属于离散变量优化问题，相对而言更为复杂，以往研究大多针对二维杆系结构，而对于复杂空间杆系结构，相关方法目前仍处于探索阶段。本文以构成飞艇骨架的三角形截面CFRP管桁架为研究对象，首先通过引入遗传算法和参数敏感性分析方法，解决了典型节段的CFRP管桁架拓扑优化问题；在此基础上，通过对飞艇骨架的受力特性分析，对CFRP管桁架典型节段进行分类，运用先拆分再组合的拓扑优化思想解决了复杂空间桁架体系的拓扑优化问题，实现了飞艇结构的轻量化设计目标。论文主要工作如下：1.基于遗传算法并结合MATLAB编程和ANSYS软件二次开发，建立了适用于三角形截面CFRP管桁架结构的拓扑优化方法。针对遗传算法存在的收敛速度慢、局部寻优能力差、易早熟、机动性不易满足等问题，提出以桁架节为基本单元，代替传统以杆件为单元的编码方法，使优化计算具有更好的收敛性与稳定性。最后通过算例分析验证了方法的正确性和有效性。2.将参数敏感性分析引入空间桁架拓扑优化中。在对空间桁架进行拓扑优化前，先对优化参数进行敏感性分析，根据敏感度大小来确定拓扑优化参数的选取及参数的取值范围。在优化过程中，考虑了材料强度、杆件稳定承载力及构造要求等约束条件，以结构应变能与质量之积最小作为优化目标，对空间桁架在受弯和受扭作用下的腹杆拓扑形式进行优化，得到了较为满意的优化结果。3.设计了轮廓尺寸为220m360m360m的椭球形飞艇骨架结构，并对飞艇骨架结构的受力性能进行了分析。结果表明，飞艇骨架结构中各榀桁架受力均以拉弯或压弯为主。通过提取各榀桁架两端及跨中三个控制截面的弯矩与轴力，建立了结构受力状态分类指标，以此对各榀桁架进行分类，提取出若干典型的飞艇桁架受力形式，为后续的整体骨架优化工作奠定了基础。4.提出了针对复杂空间桁架结构的先拆分再组合的拓扑优化思想。以飞艇骨架结构为例，采用自行编写的MATLAB优化程序，先对飞艇骨架结构中各典型桁架进行拓扑优化分析，再将优化后的典型桁架进行拼装，以实现飞艇骨架结构的整体拓扑优化。算例分析表明，该方法达到了预期效果。