先进复合材料由于具备强度高、重量轻、抗疲劳特性好等特点，在航空航天结构设计中得到了广泛的应用，目前在航空航天领域主承力结构主要应用树脂基碳纤维复合材料，本文在借鉴国内外相关研究成果的基础上，结合相关经验，全新设计了某型飞行器近全复合材料机翼，并且使用Patran/Nastran通用商业化有限元分析软件进行了结构分析与优化。为明确相关概念，本文介绍了最优化的概念和基本原理，对设计变量、约束条件、目标函数等进行了解释。并对本文使用的有限元分析软件Nastran的优化分析原理进行了介绍，说明了使用Nastran进行结构优化的一般过程。介绍了稳定性的基本概念，并简单阐述了分析软件Nastran的屈曲分析原理。通过对矩形平板和机翼典型结构加筋壁板的稳定性分析发现：①无论是有限元分析还是理论计算都表明，结构屈曲应力随边界支持刚度的增大而增大（固支＞简支＞自由），因此在进行机翼设计时应对易发生屈曲的部位提供大刚度支持；②Nastran有限元分析与理论计算值非常接近，仅在两边自由的情况下百分比偏差较大，但实际屈曲应力仍相差不大，故可认为Nastran软件的计算结构能够应用于屈曲分析；③非承载变简支条件下加筋壁板静力计算和屈曲计算结果略低于固支约束条件，但计算结果十分接近；④在非承载边自由条件下，加筋壁板屈曲载荷较低，进行结构设计时应重点考虑防止屈曲过早发生。根据设计约束条件，采用T800/803复合材料设计了某型飞行器机翼结构。并对整体机翼成型过程进行了说明。根据设计结果对机翼强度进行了估算，得到了机翼应变分布。为提高结构承载能力、降低结构重量，还以结构重量最小为目标，采用Nastran软件对机翼结构进行了优化，通过优化分析发现：①在现有约束下完成机翼结构设计时可行的，同时对结构成型过程的分析也表明机翼结构制造工艺性良好；②机翼结构初步强度分析结果表明结构传力路线基本合理，翼身连接满足设计要求；③通过定义有限元模型的设计变量、目标函数、约束，选定优化目标，使用Nastran对结构优化是可行的，且优化效果明显，本机翼重量仅为初始值的52%，实现了结构的轻质高效设计；④在满足约束条件的前提下，优化参数工程圆整后结构重量略有增加，但使结构参数满足了制造要求，能够为生产单位所接受。