科学技术的发展，使得大气层中高超声速长航时远程飞行，即将成为现实，由于飞行速度的增加，飞行高度的增高，摩阻和波阻增加，形成高超声速飞行器的升阻比屏障，它是继“声障”、“黑障”及“热障”之后又一个挑战。　　 本文以寻求高超声速飞行器高性能气动外形为目标，开展了轴对称流乘波体生成、优化设计及其气动特性数值模拟的系统研究。以乘波体前缘线为优化变量，采用单纯形加速法扰动前缘线，系统地进行轴对称流乘波体气动外形优化设计；利用对分目标进行加权的方法实现乘波体多目标优化设计。讨论了飞行速度、转捩位置、设计长度、飞行高度与优化乘波体升阻比之间的关系；给出壁面温度、底部压力等因素对优化结果的影响特征。针对乘波体实用化面临的问题，利用数值模拟的方法，研究了非设计条件下乘波体气动性能的损失，讨论了热防护及有效体积对乘波体气动性能的影响，在此基础之上，提出满足任务需求的CAV与高空滑翔飞行器气动布局。以冲压发动机为动力的高超声速飞行器，前体必须为发动机提供高压、高温预压缩气流，为此开展了具有多级压缩下表面的乘波体优化设计和轴对称近似等熵流乘波体的优化设计；以前体预压缩性能为目标，以前体型面几何参数为变量优化出多级压缩的楔锥，在此基础上应用变角度楔/椭圆锥乘波体生成方法得到具有三级压缩的乘波前体，并以此为基础设计出一种一体化化布局的高超声速飞行器。首次采用不同支撑方式对该气动外形进行风洞实验，应用虚支撑的方法，校正尾支撑对飞行器模型气动特性的干扰量；最后采用数值模拟方法研究其气动特性。