气囊具有优良的缓冲特性,易于折叠携带且适用于复杂环境,被应用于航天器的软着陆等领域。随着装置重量的增加,对于气囊系统的缓冲性能和可靠性的要求也逐渐提高,装置在着陆过程中应避免发生触底、反弹离地,气囊系统应起到减小装置最大过载以及保护装置的作用。因此,对气囊系统缓冲特性的分析以及对气囊参数组合的有效设计是确保装置可以平稳着陆的重要前提。本文针对大载重装置的着陆缓冲问题,通过采用数值计算方法开展了对组合气囊系统缓冲特性的研究,使用多目标优化算法对气囊参数进行了优化设计。首先,基于控制体积法建立了气囊缓冲分析模型,通过将仿真结果与文献数据进行比较,验证了本文缓冲动力学计算方法的有效性;针对大载重装置建立了豌豆型组合气囊缓冲系统模型,通过对组合气囊缓冲特性进行分析,得出组合气囊适用于大载重装置着陆缓冲的结论。其次,确定了影响气囊缓冲性能的因素,通过数值计算方法对单变量影响情况下的缓冲特性进行了研究,得出排气孔开启时机、排气孔形式、排气孔面积、外气囊初始内压等因素对运动特性、气囊特性以及能量特性的影响规律。再次,基于之前采用的控制排气方法,通过动力学仿真方法对组合气囊在复杂环境下的缓冲特性进行了研究,分析了装置在着陆面具有坡度和有风环境中的着陆情况,并针对着陆面坡度较大的情况提出了第二种控制排气方式,结果表明组合气囊适用于大载重装置在复杂环境中的着陆缓冲。最后,基于之前对影响气囊缓冲性能参数的研究,采用最优拉丁超立方设计方法对参数空间进行了高效抽样;提出了评判装置发生反弹离地及触底的判据,以装置的最大过载和气囊系统的比吸能为目标函数,通过采用椭圆基神经网络模型构建了目标函数的代理模型,并验证了各个代理模型的精度;基于构建的代理模型,采用带精英策略的非支配排序的遗传算法对模型进行了多目标优化设计,得到了目标函数最大过载值和比吸能的Pareto最优解集;针对多目标优化设计结果,通过使用动力学仿真方法验证了多目标优化结果的正确性;对比优化方案与原始方案,得到优化后的气囊缓冲性能明显优于优化前的气囊缓冲性能的结论。研究成果可为大载重着陆装置的气囊系统设计提供依据。