高超声速飞行器的飞行速度快,飞行空域广,具有全球快速到达且不易被拦截的特点,可以入轨后再入大气层,可重复使用。高超声速飞行器具有重要的军事和民用价值。但在实际使用过程中,高超声速飞行器会受到动压、过载、气动热,甚至禁飞区等条件的约束。轨迹优化技术可以在考虑各种约束条件下,充分发挥高超声速飞行器的使用性能。因此,研究不同优化方法、不同节点数目对轨迹优化问题的影响,具有重要的现实意义。本文首先介绍了各国高超声速飞行器的研究进展,系统总结了常见轨迹优化方法的基本原理及其优缺点。然后基于PSOPT软件包,采用Trapezoid和Simpson配点法、Legendre和Chebyshev伪谱法共4种方法分别以燃料消耗最少为目标对GHAME高超飞行器爬升段轨迹进行了优化设计,以下滑距离最远为目标对GHAME的下滑段轨迹进行了优化设计,以再入水平距离最远为目标对CAV高超飞行器在无约束和考虑动压、过载、气动热约束情况下的再入轨迹进行了优化设计,对各种方法的结果进行了分析。以Chebyshev伪谱法为例,研究了不同节点数对GHAME高超声速飞行器爬升轨迹优化结果的影响。结果表明,在GHAME爬升过程中,各种优化方法所得目标函数差别不大,但爬升过程各有差异;在GHAME下滑过程中,各种方法的结果差距较大;在CAV再入过程中,各种方法的结果一致性很好,在考虑动压、过载和气动热约束后,再入水平距离较无约束情况有所减小。节点数目对GHAME爬升轨迹优化结果影响规律性不强,很难简单依靠增加节点数目来改善GHAME的轨迹优化结果。