新型运载火箭对主承载结构提出了高承载、轻量化的需求,设计制备满足承载要求的轻质复合材料主承载结构可实现火箭减重、扩大复合材料在主承载结构上的应用。本文以火箭燃料储箱间连接结构单元——X型支架为研究对象,对X型支架的结构进行优化设计,制备X型支架样件,并对其力学性能进行了试验验证。建立了一套针对大载荷、多工况且空间结构复杂的复合材料部件的优化流程。主要内容如下:（1）为X型支架主体设计了类“中”字型的截面形式,实现了支架主体结构与接头的一体式设计。针对X型支架的结构特点将其分为接头段、过渡段、等直段和交叉段,并对每一段进行构型设计。最后,在Catia R21中建立X型支架的几何模型并参数化。（2）建立了X型支架与燃料储箱的整体模型,采用有限元方法分析了拉伸工况下上端框厚度变化时X型支架的变形情况,确定压缩工况下,上接头位移边界条件为沿接头法向向外偏10 mm。（3）采用灵敏度分析的方法,在支架的10个设计参数中筛选出7个参数作为优化阶段的优化变量。以应变、屈曲载荷和复合材料Hashin失效因子为约束,支架质量最小为目标建立优化模型。采用多岛遗传算法（Multi-island Genetic Algorithm,MIGA）经1000次迭代后得到优化的X型支架结构,优化后支架（半个）质量为5.67kg,与初始结果相比下降10.90%。（4）为提高模型的精确度,建立含有铺层信息的校核模型。采样热压罐工艺制备X型支架样件,并进行力学性能测试,考核载荷下X型支架关键部位最大应变为3570（?）ε且未出现失稳,表明X型支架符合设计要求。