水平着陆高超声速飞行器具备高可重复使用效率和费效比,目前受到各国广泛关注和研究。本论文针对水平着陆高超声速飞行器再入全程轨迹设计问题展开研究,根据飞行剖面将再入飞行全程划分为初期再入、能量管理和进场着陆段,分别给出各段轨迹设计算法及仿真算例分析。首先介绍再入全程常用坐标系及其转换关系,给出地球模型和飞行器气动模型,结合各飞行段运动特点推导并建立水平着陆高超声速飞行器运动学和动力学方程组,为后续轨迹规划算法提供理论基础。初期再入段先基于传统预测校正算法进行轨迹设计,推导建立无量纲化运动模型,给定攻角剖面,利用纵向降阶动力学模型预测终端剩余航程,校正满足终端高度、速度、剩余航程约束的线性倾侧角大小剖面,基于航向角误差走廊策略确定倾侧角符号,实时预测校正规划得到初期再入轨迹。由于传统预测校正算法存在轨迹易发生长周期振荡等缺点,利用拟平衡滑翔条件,引入高度变化率反馈补偿纵向升力予以消除。为对热流、过载、动压约束处理,推导参考高度变化率形式,反馈补偿升力分量调整倾侧角完成参考高度变化率跟踪,实现过程约束增强。对于能量管理段,给出能量管理的基本原理,纵向采用三次多项式得到参考动压-高度剖面,跟踪参考动压对高度的导数得到攻角控制量,侧向设计地面轨迹,推导跨越和直接航向调整模式地面轨迹几何关系,分段跟踪地面参考轨迹得到倾侧角控制量。采用以高度为自变量的降阶动力学模型推演得到终端状态,通过航向调整模式的选择、地面轨迹中航向调整圆锥最小半径与位置两参数的迭代校正来满足终端状态约束,实现飞行距离和耗散能量关系的匹配。进场着陆段采用分段剖面方法进行轨迹规划,精细化设计纵向连续光滑分段剖面,推导建立相应几何关系并选取合适参数以满足过载和下沉率等约束,纵向利用以动压为状态量的代数微分方程组求解攻角控制量,同时倾侧角控制量由侧向运动确定,轨迹推演得到终端状态。将轨迹设计问题转化为两点边值问题,通过迭代单一几何参数来改变飞行距离以满足终端动压约束。最后给出水平着陆飞行器再入全程算例仿真结果及分析,验证本论文提出的各段轨迹设计算法可行性和有效性。