跨大气层飞行器(Transatmospheric Vehicle, TAV)是二十一世纪各国航空航天技术研究的一个热点,具有独特的高空高超声速飞行性能,随着经济和技术的不断进步,这种飞行器也正不断完善和发展,将在未来逐渐取代第一代天地往返运输工具,成为所谓的“空天飞机”,它将具有较低的可重复运输费用、更短的准备时间、更灵活的任务适应性等优点。跨大气层飞行器的研究涉及气动布局、气动加热、结构防热与冷却、吸气式推进系统、轻质材料、高能燃料、自动控制等多学科技术问题。跨大气层飞行器技术将推动高技术领域的全面发展,促进高技术的融合与应用,一旦此类飞行器的研制获得突破,将极大提升航空航天运输能力和空间支持能力。因此,跨大气层飞行器的研究具有前瞻性、战略性和带动性作用。本文以跨大气层飞行器总体设计及其优化方法为研究重点。通过对国外跨大气层飞行器总体方案的分析,参照美国X-34飞行器的气动布局和飞行任务,建立了一种跨大气层无人驾驶飞行器的基本方案,借助原苏联飞机总体设计方法和其它一些经验设计方法进行了总体分析和计算。研究了在总体设计中如何进行方案优化,将这些总体设计方法和优化方法加以集成,编制成FORTRAN程序。在此基础上,对基本方案的跨大气层飞行器进行了性能分析与计算以及优化,分析比较了不同优化方法的应用效果。通过分析计算证明,本文的总体设计和优化的方法能够取得良好的效果。