平流层飞艇是一种能够在平流层以较低速度飞行或者长时间驻空的新型绿色飞行平台。其具有隐蔽性高、覆盖区域广、工作寿命长、机动性能好、运输能力强等优势,具有极高的军用和民用价值。目前平流层飞艇骨架的减重和力学性能的提高已成为飞艇开发技术的研究重点和难点。碳纤维复合材料凭借其轻质高强的力学性能可以在平流层飞艇领域具有很好的应用前景。根据某平流层飞艇项目的工程需求,本文结合理论分析、试验研究和有限元数值模拟,对飞艇刚性骨架的碳纤维管件结构件的抗压性能和连接问题开展研究。具体内容如下:首先通过对两种不同端部结构,三种不同长细比的碳纤维复合材料管件进行轴向压缩试验。通过观测试验现象分析试验数据,发现端部结构不同会导致试件轴压破坏模式发生改变。对试件端部进行纤维布缠绕加固可以有效减少初始缺陷,产生一定的环箍效应,避免试件发生因应力集中造成的压溃式破坏。充分地发挥材料性能,提高试件的轴向抗压强度。在破坏模式为材料破坏的情况下,长细比对试件轴向抗压强度几乎无影响。然后基于Abaqus有限元分析软件建立了碳纤维复合材料试件的分析模型,通过对比模拟结果与试验结果验证了建模的合理性和有效性;并研究了铺层方式对试件抗压性能的影响。结果表明0°铺层可以有效提高试件的抗压能力,90°铺层可以有效提高试件的延性。提高90°/0°铺层数量比值能够提高试件延性,但抗压承载力会有一定的降低。最后基于对目前碳纤维复合材料管件连接方法的现状的调查,对法兰接头连接、卡槽接头连接和夹板接头连接三种简易连接方法进行了轴向拉伸试验研究及适用性分析。在此基础上,提出了一种使用螺纹套管接头的连接方法,并通过试验和有限元软件模拟,验证了该方法可以满足飞艇工程设计的抗拉能力指标要求和作为平流层飞艇刚性结构件的构造要求,并具有安装/拆卸便捷等优点,解决了平流层飞艇项目的工程需求。