高超声速飞行器的模型是非常复杂的,大量的学科与学科间的耦合及环境因素造成的不确定性,增加了模型分析与优化的难度。本文针对高超声速飞行器多学科强耦合问题,提出了一种融合控制的综合优化方法,包括模型简化,轨迹设计与分层优化方法。论文具体工作如下:首先,构建了高超声速飞行器参数化模型,涉及几何外形生成,气动力、力矩与推力求解,以及模型数据库建立,并通过对外形参数的灵敏度分析,确定了优化的设计变量。进而,采用数据拟合的方式对机理模型进行了简化,得到高超声速飞行器代理模型,通过数据对比与性能分析,验证了代理模型的可靠性。其次,根据超燃冲压发动机的约束条件与巡航性能,确定了高超声速飞行器上升段的起始点与终止点,设计了高超声速飞行器可行的爬升策略:先等动压爬升使飞行器速度达到巡航速度,然后等马赫数爬升使飞行器达到巡航高度,获得了高超声速飞行器爬升指令,进而构建了高超声速飞行器LQR控制器,实现了对爬升指令的跟踪控制。最后,设计了高超声速飞行器融合控制性能的分层优化策略,采用间隙度量理论提出了高超声速飞行器优化设计的性能指标,将复杂优化优化问题分解为融合控制性能的外形参数优化与控制器参数优化。针对所构建的高超声速飞行器综合设计问题,采用粒子群优化算法,获得了高超声速飞行器融合控制性能的优化设计结果,进而通过仿真对比分析,验证了所提高超声速飞行器优化方法的有效性。