中远程面对空导弹由于可以实现防区外防空而倍受关注,对于国家防空体系构建而言意义重大。然而,导弹总体设计过程中学科间的强耦合特性使得传统串行设计方法难以满足设计需求,很大程度上限制了中远程面对空导弹的发展。多学科优化设计技术充分考虑系统的学科耦合特征进行系统设计,是复杂系统设计技术发展的必然趋势。本文以新一代中远程面对空导弹为对象,通过引入多学科优化解决系统的耦合设计问题,实现基于飞行性能层次的多学科优化和考虑控制因素的多学科优化,提升导弹总体性能的同时确保导弹具有良好的可控性。整体而言,本文探索多学科优化手段在面空导弹总体设计中的应用,为提升新一代战术导弹的设计效率和设计质量提供技术支持。本文主要研究内容包括:1、导弹总体快速设计系统搭建。以战术导弹为对象梳理导弹总体设计流程,在气动、动力、布局、弹道、结构、防热、制导控制、引战等学科范围内构建多种粒度的导弹描述模型和仿真分析模型,经过通用化的组织、管理和集成,搭建适用于战术导弹的总体设计平台MCDesign,使其具备多方案、多学科、多层次及多粒度设计、分析能力。2、导弹基准方案建模。基于MCDesign,通过气动外形设计、气动性能计算、动力方案设计、动力性能计算、总体布局安排、质量特性分析、制导方案设计、理想弹道仿真、动态特性分析、控制方案设计及刚体弹道仿真等一系列工作,构造了美军第四代舰空导弹“标准6”的总体方案,作为多学科优化的基准方案。3、面向飞行性能的导弹总体多学科优化。以“标准6”导弹总体方案为基准,提出面向飞行性能的多学科优化问题,建立学科耦合关系模型与设计结构矩阵,选择多学科优化构架和策略,完成了总体集成及优化。结果表明,导弹末点速度作为优化目标函数,优化后提升68.75%,彰显了多学科优化在耦合学科间设计协调及性能折中方面所具有的巨大优势。4、考虑控制的多学科优化工作。引入动态特性分析、控制律设计与刚体弹道仿真模型,进一步提出了考虑导弹控制能力的多学科优化问题。结果显示,考虑可控性以后,导弹末点速度经优化提升了44.2%,而且总体方案可通过PID回路实现控制,克服了当前导弹多学科优化未引入控制特性的局限性,对于真实的导弹总体设计工作而言更具参考价值。