高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的研究热点，其中气动布局和总体性能的优化设计是关键技术之一。本文的研究旨在构建面向总体阶段的高超声速飞行器优化设计框架，该框架包括高超声速飞行器几何外形参数化建模、气动力/气动热快速计算工具、超燃冲压发动机准一维性能评估模型和分层优化设计的思想，并对一种类乘波体布局的高超声速飞行器几何外形进行优化设计。　　首先，建立了基于OpenVSP的高超声速飞行器几何外形参数化建模方案，该方案从推进系统流动通道设计开始，以此为基础，进行部件和全机的参数化建模。其次，基于面元法，气动力和气动热分别采用当地表面斜度法和参考焓法，开发了高超声速飞行器气动特性快速工程计算工具，算例验证表明其具有较高的精度和效率。随后，建立了超燃冲压发动机准一维性能评估模型。　　最后对高超声速飞行器进行分层多目标优化设计。遵循由部件到总体的优化策略，首先对机身/推进进行一体化设计，克服将前体/进气道和后体/尾喷管分开设计的弊端，得到整个流动通道的优化结果并完成机身的设计。然后再对单独机翼进行多目标优化，最后分别进行了翼身相对位置和半总体优化设计，得到总体推荐构型A和推荐构型B。　　推荐构型A和B与初始方案对比分析表明：飞行器总体性能得到提升，优化设计呈现了一定效果。