飞机机翼结构的型式的确定目前还主要采用定性设计或半定性半定量的设计方法，拓扑优化可以给出结构的传力路线，找到最佳的结构传力形式，因此研究机翼结构的三维拓扑优化问题具有重要的理论意义和工程实用价值。本文在给定载荷和约束条件的情况下，使用CATIA对机翼进行几何建模导入有限元分析软件HyperWorks，然后采用iSIGHT集成HyperWorks对机翼盒段的结构进行了拓扑优化，定量的分析了机翼结构布局，给出了机翼结构主要的纵向传力路径，确定了纵向受力构件的位置分布。证明了该方法可以清晰的给出机翼结构的纵向传力路径。并在拓扑优化结果的基础上对机翼盒段进行了二次建模，同时为新的机翼模型布置了蒙皮，纵墙以及翼肋，并对该模型进行了二级尺寸优化，给出了蒙皮，纵墙，翼肋以及梁等承力构件的优化尺寸，同时也对传统的双梁式布局的机翼盒段进行了在相同工况下的尺寸优化，通过结果对比，由拓扑优化给出的结构布局的机翼结构要轻与传统双梁式布局的机翼结构，从而证明了通过本文方法给出的机翼纵向传力构件的布局的可行性和实用性，也为飞机设计人员提供了一种定量的设计机翼结构布局的参考途径。