平流层飞艇具有驻空时间长、覆盖面积广、运行成本低等优势，是理想的临近空间平台，得到了各国研究人员的重视。囊体结构作为飞艇的主要组成部分，对整艇的结构性能、气动性能等具有重要影响。对囊体结构设计分析方法的研究将能为飞艇总体优化设计提供基础。本文针对囊体结构，重点对囊体外形优化设计方法、囊体结构刚度和强度设计方法、囊体内部绳索设计方法及囊体结构的气弹特性计算分析方法等方面开展了研究。针对囊体外形多目标优化，以多目标集成优化平台iSIGHT为基础，提出了囊体外形多目标优化设计方法。参考美国Sounder平流层飞艇囊体外形，在囊体体积一定的约束下，以囊体阻力最小及表面积最小为优化目标建立了多目标优化模型，分别采用拉丁超立方体和邻域培植遗传算法开展了试验设计和优化设计，得到了最优囊体外形。针对囊体结构设计分析，以囊体局部不发生失稳为准则，给出了最小工作囊压计算公式。从平衡的角度出发，推导了囊体结构应力场计算公式，可用于囊体结构强度设计分析。针对纵向裁片方法，给出了考虑接缝影响下的囊体质量修正计算公式。对均匀囊压作用、非均匀囊压作用下囊体结构变形响应进行了数值计算，计算结果为囊体内部绳索设计、囊体裁片设计及局部补强设计等提供了参考。对囊体结构等压膨胀影响参数进行了计算分析，给出了囊体结构最大应力及位移随囊压及蒙皮材料弹性模量的变化曲线。对于不同绳索布置方案，建立了力学分析模型，推导了相应绳索的张力计算公式，可用于指导绳索工作张力的计算和预报，并能用于指导绳索连接点位置设计工作。基于附加强带高空气球应力场分析方法，给出了索膜连接处张力场计算公式，为索膜连接局部张力场分析提供了依据。针对囊体结构气弹特性，提出了基于ADINA软件平台的气弹数值计算方法，与文献实验结果进行了对比，验证了分析方法的正确性。计算分析了不同长细比、最大截面位置、大气密度、大气粘性系数及运行雷诺数等参数对气弹计算结果的影响，计算结果为囊体外形及结构设计提供了参考。