近年来,随着航空工业的快速发展,飞机不断大型化,结构更为复杂,承受载荷越来越大,对飞机性能的要求也更高。为了提高经济性,飞机的减重问题成为了重要研究课题。结构轻量化设计是飞机减重的一种主要手段,国内外专家学者在此方面进行了大量研究实践。飞机发动机吊挂结构是连接机身和发动机的重要结构,承载发动机重量,传递推力,隔离发动机火区,因此发动机吊挂的强度、重量、可靠性和安全性对于飞机整体性能有重要影响。本文依据盒式梁式结构吊挂创建初始模型,进行拓扑—尺寸—形状两级三层轻量化设计,得到符合适航性要求且性能提升的全新结构形式,主要包括:(1)将传统盒式梁式吊挂进行设计区域填充,得到初始优化模型,采用变密度法(SIMP)进行两次拓扑优化,第一次拓扑优化确定吊挂的主体结构和主要拓扑关系,针对材料堆积且应力较小区域进行第二次拓扑优化,进一步去除多余材料。(2)拓扑优化只是概念性设计,需要采用尺寸优化和形状优化进行细节设计,优化整体壁厚尺寸,改善应力集中,改变孔洞形状,降低最大应力值,最终得到完整的结构优化模型,与传统盒式梁式结构吊挂相比重量减少,力学性能提升。对优化后的吊挂模型进行蒙特卡罗法可靠性分析,验证了两种危险工况下吊挂的静强度可靠性符合要求,证明本文优化方案的合理性。