高超声速飞行器具有飞行速度快、高度适中、机动能力强、反应时间短等特点,具有很强的战略性和带动性,是当前世界各国研究的前沿和热点领域之一。吸气式高超声速巡航飞行器总体性能的提升受多种设计参数的影响,在高超声速条件下,超燃冲压发动机比冲受限,气动方面存在升阻比屏障,防热系统的存在使燃油质量系数难以提高,因此飞行器总体设计参数比冲、升阻比、燃油质量系数等指标都不高,且各因素在高超声速条件下还呈现出紧密耦合的关系,设计中不但需要考虑单学科因素,还要考虑多个约束的一体化设计要求。首先从总体性能航程入手,通过推导飞行器定速变迎角巡航飞行的航程公式,建立飞行器总体性能模型。与传统的航程公式进行了比较,确定了使用范围。分别研究升阻比、比冲和燃油重量系数对航程的预期影响范围,并进行了设计参数的敏感度分析。综合考虑三个因素的影响,结合当前技术水平,对航程一定的条件下设计参数的可行域了进行讨论。在高超声速巡航飞行器实际的设计中,三个设计参数并不是相互独立的存在,而是呈现相互耦合的影响,需要结合具体的参数可调的构型来研究设计参数之间的耦合规律。本文基于锥导乘波理论,建立了锥导乘波体的外形模型、气动模型、质量模型,完成了乘波构型性能指标与设计参数的关系讨论,为航程与设计参数多因子影响分析奠定了基础。其后,采用粒子群优化算法对升阻比和燃油系数两个设计参数进行了优化设计,进行了航程与设计参数多因子影响分析,分析了从近到远航程条件下飞行器设计参数的变化趋势和之间的耦合规律。研究得出:随着航程提升,升阻比可选择的范围逐渐收窄,设计参数逐渐逼近各自的性能边界。对于飞行器设计而言,表现在随着航程提升,飞行器外形逐渐定型,设计参数向各自的性能边界逼近,耦合关系逐渐明显。最后针对航程受限的问题,提出了一种航程拓展的方案。本文将整条弹道划分为助推段、自由段、滑翔段、巡航段,先由各段解析解设计各段航程,再运用Radau伪谱法结合序列二次规划法进行求解,完成了整个弹道的优化,可以作为高超声速巡航飞行器任务剖面设计的一种参考方案。论文研究了高超声速巡航飞行器总体性能航程与气动布局、结构设计、推进效率等总体设计参数之间的关系,建立了基本的设计和分析模型,并针对具体的构型和不同航程条件给出了总体设计参数的选择区间,建立了航程拓展的飞行方案,为高超声速巡航飞行器的总体设计提供了重要参考。