运载火箭上面级结构是在基础级火箭上面增加相对独立的一级，具有较强的任务适应性。其工作段通常可以进入地球轨道，能够完成滑行、轨道机动、有效载荷的分离与部署等任务，是提高火箭性能和任务适应能力的有效途径。上面级一般具有多次启动、长时间工作、自主飞行等特点，可以用来与运载火箭组合一箭一星或一箭多星将卫星直接送入预定轨道。同时，上面级结构也具备与其它型号火箭组合发射直接进入更高轨道卫星的能力，适用发射多颗卫星，也可以装配多颗弹头进行弹头分导，对提高我国的国防实力和航天事业具有重要意义。本文在分析国内外同类技术和产品现状及发展趋势的基础上，进行需求分析，依据总体结构强度、刚度、接口关系要求及上面级总体布局情况等进行分配器结构方案设计，为了降低结构重量，提高结构频率，并从工艺性考虑，通过各方案强度、刚度和模态仿真等综合因素对比分析，确定“#”字梁采用碳纤维复合材料结构，变截面、高跨度“工”字形结构形式。对锥形支撑舱壳体采用正锥或倒锥形式进行分析比较，得出支撑舱壳体采用底部正锥形比倒锥形结构受力均匀，整体结构动特性优异，且重量最轻；对支撑舱壳体采用锥形结构或柱形结构方案进行分析，认为锥形舱体一阶横向频率明显高于柱形结构、且重量最轻。利用三维建模工具、强度分析、工程算法和有限元分析方法，对支撑舱锥角和加强接头结构形式进行了优化，并采用两种加载试验方法，验证了分配器结构局部强度和刚度在轴向压力、弯矩、剪力联合在和作用下，结构系统性能指标均能满足设计要求。经过充分的分析和原理性试验验证，分配器结构性能指标均满足总体要求，为后续研制奠定技术基础。