复合翼无人机的结构、工作特点决定了其对轻量化、高刚度设计有很高的要求。本文针对轻小型复合翼无人机进行了复合材料机翼的结构优化设计研究。首先,研究复合材料层合板的性能,对不同层合板的结构力学进行仿真分析和样件测试,得到相应的抗拉强度和抗弯刚度,验证了有限元模型的准确性;并对层合板之间的胶接性能进行仿真分析和样件测试,得到了不同受力情况下胶接结构的胶接强度,为之后整个机翼的有限元分析提供材料参数和简化依据。其次,根据机翼的设计要求,通过飞行器结构力学分析,确定双梁多肋式的机翼结构布局。对机翼各部件进行铺层设计,并完成适当简化的机翼有限元模型。对机翼结构在起降和平飞两种工况下进行有限元分析,机翼初始结构的变形和应力均满足设计要求。为了能使机翼结构重量尽可能减小,对一些加强结构进行删减,在平飞工况下依次进行了四种方案的分析,确定了最佳方案,机翼的结构重量减少了3.2%,翼梢变形减小了12.6%。再次,在机翼初步设计的基础上,考虑到翼梁位置参数对机翼刚度的影响较大,对机翼进行参数化建模,并采用基于Kriging模型的响应曲面法对其进行优化。优化后机翼的强度满足约束条件,翼梢变形下降了37.3%。最后,进行机翼静力试验来验证仿真优化结果。结果表明,两者误差为4.7%,符合工程上的要求。结果表明:优化设计得到的轻小型复合翼无人机机翼结构完全满足设计指标。