● 摘要
现代战争中，信息搜索和发布的速度越来越快，但快速投放武器的技术却进展缓慢，高速飞行器由于具有较高的突防能力和时敏打击能力，受到越来越多国家的关注。
高速飞行器属于航空与航天交叉领域，涵盖了众多学科，是多项前沿技术的综合，是一个庞大、复杂的精密系统。传统的由预研直接到物理样机的研制方法，研制周期长、成本高而且风险大。而虚拟样机在一定程度上不仅能够代替物理样机对备选设计方案进行测试、分析和评估，而且能贯穿战技指标论证、概念设计、详细设计、试制、验证试验和试飞等整个研制过程，从而有效缩短研制周期和节约研制经费。因此，有必要对高速飞行器虚拟样机的相关技术进行研究。
本文首先对高速飞行器动力学虚拟样机进行研究，划分样机系统的层次结构，明确子系统之间的输入输出关系，研究子系统所需的数学模型，根据子系统的数学模型，进一步完成虚拟样机系统的构建。接着对高速飞行器刚体/弹性体耦合动力学建模进行了研究，通过机身振动简化模型，结合耦合弹性体矢量模型，基于朗格朗日方程的得到了高速飞行器的刚体/弹性体耦合动力学模型，并同传统刚体模型进行了对比分析。
可视化仿真技术和优化设计技术作为虚拟样机中的重要支撑技术，也是本文的主要研究内容。本文构建了一种基于Flightgear 的高速飞行器可视化仿真系统，完成了高速飞行器的载入和动作，实现了同动力学虚拟样机的数据通信，并开发了相应的客户端。
在高速飞行器优化设计方面，对飞行器优化设计框架进行了研究，分析了目前优化设计中所面临的问题，针对性的提出了一种具有改进模式的差分进化算法，开发了用于多目标优化的NSGA-II 算法。
最后，本文通过具体的高速飞行器实例，验证了构建的动力学虚拟样机、可视化仿真环境以及优化设计算法的可行性和效果。