高超声速再入飞行器的再入速度在5马赫数以上,这种再入飞行器作为武器具有快速响应、远距离精确打击等多种优势,因此各国均开始了对高超声速再入飞行器的研究,在这方面的研究具有十分重要的研究意义。对国外的典型高超声速再入飞行器按照升阻比分类,可以分为两大类:其一是以“快船”有翼式飞行器为代表的高升阻比飞行器,这类飞行器有横程较大,机动能力较强,最大热流值和最大减速过载小等优点,但同时也存在着再入飞行时间长、末端速度小的缺点;另一类是以“快船”无翼式和“HGB”为代表的低升阻比飞行器,这类飞行器再入时间小、末端速度大,且气动加热的总量较小,但其最大过载值和最大热流值很高、横向机动能力有限。本文为了解决高升阻比类型飞行器和低升阻比类型飞行器不能兼有大横程、大落速、小再入飞行时间和不能适应多任务需求的特点,提出了一种具有高窄、扁平两种方向的变体轴飞行器,飞行器横截面为椭圆形,扁平方向的特征面积远大于高窄方向的特征面积,这样在同样的来流条件下,如果飞行器以相同马赫数和攻角进行飞行,以扁平方向飞行的升阻比要远大于以高窄方向飞行下的升阻比。为了验证所提出的变体轴再入飞行器的再入能力,本文首先调研了国外高超声速再入飞行器的气动外形和再入能力现状,对变体轴飞行器进行三维建模,并将模型和所设定的求解域同样导入相关软件进行非结构网络的划分,然后导入到CFD-FASTRAN中进行CFD计算,得到飞行器在不同马赫数和攻角飞行下的升阻比、升力系数、阻力系数和法向力轴向力系数等典型气动参数。之后通过Gauss伪谱法进行轨迹优化设计,选序列二次规划算法为非线性规划问题的求解器,生成标准轨迹;选取各Gauss点作为航路点,进行各个航路点之间的预测-校正制导,通过预测-校正制导方法进行各个航路点之间的制导;待到飞行器接近目标时,重新瞄准,进行轨迹在线重生并通过LQR控制器跟踪控制。在仿真分析中,基于三种轨迹优化情况对可变体轴飞行器的四种飞行模式进行了仿真计算,得到了各个轨迹优化情况下不同飞行模式的再入性能表征参数。