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为解决机翼结构布局优化设计问题，提出一种两级二层优化设计方法。第一级采用拓扑优化手段得到翼梁的大致位置与数目，将基于RAMP插值模型的变密度法与NASTRAN的有限元分析功能相结合，对机翼结构进行拓扑优化设计；第二级在第一级优化的基础上进行形状优化和尺寸优化的综合优化设计，将复合形法与NASTRAN改进的可行方向法相结合，分别优化翼梁的位置和机翼各元件尺寸，最终完成机翼结构的布局优化设计。通过对大展弦比飞翼结构优化说明，文中所提的两级三层优化方法是可行和有效的，有着很好的推广应用价值。