薄壁盒段是飞行器中采用最多的结构。在进行薄壁盒段力学分析时,若采用工程算法,则精度较低;若采用大型有限元软件,其精度可以满足工程要求,但是需要大量的模型参数来建立精确的分析模型,且载荷处理十分麻烦、单元规模非常庞大,从而降低设计效率。因此,如何在满足精度要求前提下减少薄壁盒段建模工作量和计算代价,成为工程设计中的难题。本文针对变截面薄壁盒段提出了一种新的分析方法—超单元法。该方法将薄壁机体结构以横向元件为分界面,沿纵向划分为若干个超单元。每个超单元由多个杆单元和平面应力板单元组成。根据结构受力变形特点,提出了横截面面内绝对刚性假设。基于此假设,在超单元界面上选取合适的广义位移对结构自由度进行减缩。首先推导了基于广义位移和相应广义力的超单元刚度矩阵;然后使用Matlab软件编写程序,实现了超单元法的薄壁结构应力-位移分析;对几个变截面薄壁盒段在机械载荷和温度载荷作用下进行了计算,将计算结果与解析解、试验结果、以及Abaqus仿真结果进行了对比分析,验证了超单元法的准确性,并分析了超单元法计算精度的影响因素及计算结果特点;最后利用超单元法和满应力准则,对两个薄壁盒段不同结构布局型式下各受力构件进行了尺寸优化,从而选择出了重量特性最佳的方案。