弹道设计是导弹总体设计和分系统设计(如发射系统、导航系统和结构设计等)的先导,是以空气动力学、飞行力学理论和方法为基础,根据技战术要求,综合考虑发动机性能、气动特性、发射/助推方式、过载、攻角等约束条件,进行设计与优化。本文以高超声速巡航导弹为背景,完成了弹道的设计与优化,主要工作包括以下几个方面:首先,对与高超声速导弹弹道设计相关的关键技术进行了分析。比较了高超声速导弹几种常见构型的气动特性,重点对乘波体构形的优势进行了分析;介绍了几种类型的超燃冲压发动机,并将它们的性能与其余种类的发动机进行了比较;还对高超声速导弹的发射与助推方式进行了讨论和分析。为后续的弹道设计与优化在气动布局与推进系统两方面提供了基础。其次,对弹道优化理论进行了介绍。分析了弹道优化的基本问题,包括弹道优化的本质、优化数学模型的建立、优化模型的迭代解法和收敛终止条件等;在此基础上引入了一种求解有约束优化问题的方法(SUMT法)和一种求解无约束优化问题的方法(Hooke-Jeeves模式搜索法)。接着,对高超声速巡航导弹的纵向弹道进行了优化。结合高超声速巡航导弹的特点,建立了相应的数学模型。优化模型以射程最远为性能指标(目标函数),设计变量取为四维设计量(助推段攻角大小、助推段平均推重比、导弹平均推重比和最大巡航马赫数),在给定高超声速巡航导弹飞行过程中需要满足约束条件的基础上,采用SUMT法将有约束优化问题转化为无约束优化问题后,使用Hooke-Jeeves模式搜索法对最优解进行了求取。优化结束后,对优化参数进行了分析,以判断解的最优性和性能指标对设计变量的敏感度。最后,对高超声速巡航导弹的主动规避弹道进行了初步设计。介绍了主动突防技术,在此基础上给出了一种针对比例导引拦截器的主动规避弹道设计方法。这种方法需要对拦截器种类进行识别和理论拦截点状态进行估计,以便求出正弦机动时需要的机动幅值和频率。