本文首先利用泰勒—麦克尔模型和特征线方法分别计算了高超声速圆锥流场和轴对称物面绕流流场，并以此为基础运用锥导理论、吻切锥理论、吻切轴对称理论生成了三种不同类型的乘波机。乘波机的性能计算包括升力、粘性阻力、波阻、升阻比、乘波机长度、体积、容积效率等乘波机的各主要性能指标。计算结果表明：乘波机相对于一般升力体具有很高的升阻比，其值已经突破了库希曼给出的“升阻比屏障”；源流场锥角是锥导乘波机、吻切锥乘波机性能的决定性因素；乘波机捕捉流管母线曲率、进气道进口高度分别是锥导乘波机、吻切锥乘波机性能的另一重要的决定性参数；在乘波机容积效率要求较高的设计要求下，粘性阻力占乘波机阻力的主导地位，其初设计过程也必须考虑粘性的影响。乘波机的生成过程和性能计算充分证明了乘波机作为高超声速飞行器和空天飞机外形的三项无与伦比的性能：较高的升阻比、由流场推算乘波机外形的反设计和一体化设计性能。进一步的优化过程采用结合惩罚函数的单纯形法对吻切锥乘波机以升阻比最大为目标、以容积效率、长度为约束条件进行了乘波机构型优化，生成了更为适合应用的乘波机外形。不同优化目标的计算结果表明：乘波机的性能通过优化设计可以得到很大程度的提高；同时对乘波机的优化过程必须综合考虑各工程要素，而不是单纯追求某一或某几个目标。