高超声速飞行器作为一种新型的近空间飞行器，以其卓越的军事和民用价值受到国际上广泛重视，并成为研究的重点和热点。与传统飞行器相比所不同的是，高超声速飞行器普遍采用一体化设计，具有明显的非线性、强耦合及不确定性等特点，目前对于它的各项研究还正在进行之中。本文在全面回顾高超声速飞行器发展现状的基础上，对其纵向动力学及其相关问题进行了重点研究。以某典型的高超声速飞行器纵向模型为研究对象，进行了气动力和推进系统的一体化建模。其中气动力使用激波-膨胀波的方法，使用该方法可以比较准确的计算激波后流场特性和激波位置。采用吸气式超燃冲压发动机基本模型，对机身/推力耦合特性进行了计算和分析；并在已有工作基础上，深入讨论了发动机设计参数对推力和气动力的影响，得出一些有意义的结论。利用拉格朗日方程和虚功原理，对高超声速飞行器进行了纵平面内的弹性飞行器动力学建模，得到了刚体/弹性体耦合的非线性动力学方程组。并对耦合动力学模型进行了配平和稳定性研究，结果显示该模型能很好的体现出高超声速飞行器强耦合的特点。将非线性动力学模型在某一平衡点处线性化，再利用最优LQR控制理论设计出了针对线化模型的指令跟踪控制器，并在Simulink中对高度和速度指令进行了跟踪控制仿真和分析。结果表明该控制器指令跟踪效果良好。