论文采用热力学分析、准一维估算分析和数值模拟技术以及多学科优化方法深入研究了超燃冲压发动机内流道及部件的概念设计与优化问题,并探讨了多个设计因素对发动机系统和部件性能的影响。发展了一套集超燃冲压发动机内流道概念设计、部件概念设计、性能分析与优化于一体的设计方法。通过气流推力函数确定二维超燃冲压发动机各部件进出口的面积和物理参数,采用四道斜激波内外压混合进气道、等直隔离段、等直+扩张燃烧室和短喷管设计内流道;开发了准一维估算程序和(火用)分析程序对发动机内流道进行性能评估,对设计变量进行优化研究得到以比冲和(火用)效率以及两者共同为优化目标的发动机内流道构型,并分析了发动机内流道各部件(火用)损失分布以及各设计参数变化对优化构型性能的影响。采用此设计方法,分别选择Busemann进气道、等直隔离段、带凹腔的燃烧室、轴对称和非对称截短喷管四个部件,设计了4个不同循环静温比、压比和偏置尺寸的三维超燃冲压发动机内流道。开展了三维非对称超声速尾喷管的截短设计与优化研究。在特定的压比、平均压缩因子和最初保留长度与总长的比值对轴对称喷管进行设计与非线性压缩处理,对所设计的喷管进行数值模拟并提取给定进口形状和偏置尺寸的喷管流线,对提取的流线进行按照短喷管理论进行截断和边界层修正,所获得的流线采用UG二次开发造型并得到三维非对称截短喷管,采用数值模拟方法分析喷管的流场和性能。通过对三个截短设计变量进行正交试验,建立以推力和升力为优化目标的代理模型,选用喷管长度为约束进行尾喷管的优化研究。分析了优化构型下的流场特性、总压恢复系数和喷管效率等性能,并分析了设计变量、约束与喷管优化目标之间的影响和变化规律。采用数值模拟方法对横向喷射的凹腔燃烧室进行了分析和优化研究。分别分析了四个燃料喷注位置和凹腔构型参数变化对燃烧室性能的影响,最后对凹腔构型参数进行了优化设计研究。燃料喷注距离凹腔位置为35 mm的燃烧室呈现出良好的燃烧效率和总压恢复系数等性能。凹腔优化得到的Pareto前沿面可分为急变段、平缓段和巨变段,其对应的凹腔构型为窄深型、浅长型和中深中长型。平缓区的凹腔燃烧室相对于巨变区和急变区的构型,燃烧压力变化更均匀且能保持较高的总压恢复系数,且凹腔长度、深度和后壁倾角可以在一定裕度变化,在不需要考虑极高的燃烧效率和总压恢复系数的情况下,可以优先考虑平缓区凹腔构型。