采用乘波体为主要升力体、机体/发动机高度一体化的方案时,高超声速飞行器各部件间的耦合关系大大增强,这要求在概念设计阶段就必须综合考虑前述各种因素的影响,开展相对精确的整机优化设计。而整机构型的CFD分析需要较长的时间,尤其是采用进化算法进行优化时,时间无法承受。这要求发展一种较为高效的优化方法,结合对整机的CFD分析开展高超声速飞行器的优化设计。　　 作者以吸气式高超声速飞行器构型为研究对象,在巡航条件下,采用高精度CFD技术为工具,结合几何参数化方法与优化方法,主要对优化方法以及高超声速飞行器的部件及整机一体化构型的多约束、多目标优化设计进行了研究。　　 对六种不同前体/进气道组合的高超声速飞行器构型进行了CFD数值模拟和性能评估,分析了六种构型的升力系数、阻力系数和升阻比随攻角的变化规律;　　 采用SQP方法和CFD分析开展了后体/尾喷管一体化构型的单点、单目标气动优化设计,并分析了在多设计点下设计参数对三维构型的推力及升力性能的影响规律;考察了飞行器转级时各设计参数对该构型冷热态力矩差的影响;　　 将同伦扰动策略引入遗传算法,发展了一种高效、稳定的优化算法HPGA,通过多个Benchmark算例验证了该方法的效率和参数设置;以HPGA方法为基础,开展了二维整机构型的单目标、多约束优化设计,结果表明,该方法可以较好的处理高超声速飞行器的多约束气动优化问题,相对于GA算法,计算效率有明显提升;　　 最后,综合考虑升阻比、机体容积率等因素,结合CFD分析和响应面方法,采用ParetoGA算法先后开展了上壁面中心型线以及三维整机构型的上壁面多目标优化设计,优化后飞行器升阻比与机体容积同时提升,机体容积提升更为明显;在此基础上,通过细致的CFD计算,分析了一定范围内升阻比、俯仰力矩和压力中心与机体容积相互关系。　　 本文建立起一套针对高超声速飞行器构型优化设计的高效求解策略,可以用于解决高超声速飞行器部件及整机构型的优化问题,也提出了一种性能较高的高超声速飞行器概念构型,为该领域的进一步研究提供一定程度的参考。