反分析与优化设计广泛存在于航空航天的各个领域,尤其在飞行器结构中复合材料的复杂力学性能评估以及超燃冲压发动机进气道结构设计等工作。本文基于梯度优化算法对复合材料空间非均质力学参数辨识与进气道形状优化设计进行分析研究,具体内容如下:在非均质弹性力学问题中,基于边界单元法离散二维、三维数值模型,并结合径向积分法准确评估了空间非均质弹性力学的几何变形与位移场,相比于有限单元法与有限差分法等,径向积分边界元法仅离散了几何边界,显著降低了问题求解的计算自由度。在弹性力学反分析中,构建实际位移场与计算位移场的目标函数,并基于梯度基算法（Levenberg-Marquardt算法）对目标函数进行极小化迭代求解。在梯度算法的求解过程中,引入复变量求导法,相比于有限差分格式,将计算域由实数域扩展到复数域,且准确、稳定地计算了目标函数的一阶导数。最终的二维、三维非均质弹性力学反分析结果证明了本文所提出的方法可以高效准确地辨识非均质力学性能参数,即使存在高达5%的测量误差干扰下,本文方法仍具有很好的鲁棒性。在基于梯度法的优化设计工作中,针对超燃冲压发动机进气道截面形状开展优化设计研究,构建总压恢复系数与流量捕获系数的多目标协同优化函数,结合实际的进气道几何模型与网格分布进行多参数优化设计,并采用谱梯度算法搭建以Fortran程序语言与CFD商业仿真软件协同的优化设计平台,全自动完成了超燃冲压发动机进气道截面形状最优化设计。本文的研究工作为航空航天领域中反分析与优化设计工作中计算精度、计算效率的提升等方面提供了一些新思路。