吸气式高超声速运载器是未来航天运输系统的重要发展方向。该类飞行器一般采用机体和发动机高度集成的构型,机体/推进一体化设计是其关键技术之一。相对于巡航类飞行器,吸气式运载器有着极宽的飞行包线,气动和推进耦合严重,兼顾高低速条件下的一体化性能存在很大困难;而且,该类飞行器尺度较大,结构变形带来了强烈的非线性流-固耦合现象,使机体/推进一体化问题更加复杂。本文以吸气式组合动力运载器为背景,研究宽包线、大尺度飞行器的机体/推进一体化设计,以及由此引发的内外流耦合、流-固耦合、流-固-热耦合和流-固-推进耦合等问题,建立适用于该类飞行器的一体化总体设计和分析方法,为该类飞行器的发展提供技术支撑。主要的研究内容如下:(1)针对宽包线吸气式运载器中存在的各类耦合和匹配问题,提出了基于多点/多目标优化的宽包线机体/推进一体化耦合设计流程,并针对给定的运载器背景,开展了一体化设计。通过分析宽包线机体/发动机一体化设计需求,提出了采用多个评估点及权重系数的一体化性能评价指标;针对一体化设计的复杂性,建立了分阶段的包含7个步骤的宽包线一体化设计流程;根据运载器的实际飞行特点,明确了机体/推进一体化的主要耦合问题,给出了对应的求解思路;以吸气式组合动力运载器为对象,开展一体化设计的应用研究。(2)针对机体/推进一体化设计中快速和高精度的性能分析需求,改进了一种适用于宽来流条件的“CFD+准一维流”的内外流耦合高效分析方法。通过分析一体化构型复杂的内外流耦合特征,引入隔离段核心流和燃烧室热壅塞问题处理方式,改进了准一维流方法,适应于Ma2-8+的双模态冲压发动机一体化性能分析;对比文献的实验结果和火箭基组合循环动力(RBCC)运载器机体/推进一体化自由射流风洞的实验结果,验证了所发展方法的计算精度。(3)针对前体/进气道压缩面壁面的高动压和高热流飞行环境,建立适应于多层防热壁板的流-固-热多场耦合分析方法,研究了进气道壁板的非线性流-固-热耦合问题。基于Von Karman大变形板理论和二阶活塞理论,改进了一类用于壁板的双向流-固-热耦合分析方法;分析了不同马赫数下进气道一级和二级压缩面壁板的非线性流-固及流-固-热耦合现象和机理,通过研究自由来流条件下阻尼和壁板长宽比对稳定边界的影响,明确了长宽比是影响壁板流-固耦合稳定边界的重要因素,且气动热影响下的壁板流-固耦合特性的时间效应对一体化性能有较大的负面影响。(4)针对宽包线变几何进气道唇口附近存在的复杂波系条件,建立了适用于进气道唇口的流-固耦合分析方法,研究了变几何进气道唇口的非线性流-固耦合问题。基于Hamilton原理和二阶活塞理论推导了进气道唇口的流-固耦合运动方程,并基于该方程研究了进气道唇口在不同参数影响下的非线性流-固耦合现象,明确了不同非线性刚度形式和马赫数状态对唇口的非线性流-固耦合现象的影响,且对比分析了不同动力学参数对耦合特性的影响强弱关系。(5)提出了一种基于本征正交分解技术(POD)的几何非线性结构动力学降阶策略,结合POD在流场快速预测中的应用,以及“CFD+准一维流”的内外流场耦合分析方法,发展了一体化流-固-推进快速耦合分析方法。采用该方法研究机体/推进一体化布局的流-固-推进耦合问题,明确了壁板的流-固耦合振动对一体化性能的影响。