本文着眼于新型滑翔式再入飞行器在方案设计阶段的再入轨迹优化问题。飞行器再入过程经历的高度和飞行速度都跨越了较大的范围,且受防热和过载等方面的严格约束,同时高超声速再入飞行轨迹对控制变量非常敏感,这就给我们的研究带来了挑战。飞行器轨迹的快速生成,可以较为轻松地应对任何的突发事件,因此具有巨大的研究价值。本文的主要工作有:首先,根据基本假设,建立飞行器的动力学、运动学方程。根据某通用航空飞行器的一组数据建立了空气动力学模型。然后分析说明了飞行器再入过程需要满足的过载约束和热流约束条件。对运动方程和约束条件做了无量纲化处理以后,得到了航程最大轨迹优化的最优控制问题。其次,讨论了几种基于Legendre多项式的伪谱方法的相同点和不同点。根据我们所要解决的实际问题,着重说明了Legendre伪谱方法的基本原理和应用此方法解决最优控制问题的实施步骤。然后,将前面得到的轨迹优化问题通过Legendre伪谱法转化为标准的非线性规划问题。最终决定把MATLAB作为求解带约束的非线性规划问题的有力工具,它在处理中尺度问题上使用了序列二次规划算法。通过仿真实验验证了算法的有效性,并对仿真结果进行了简要分析。最后,为了进一步提高求解的精度而不增加不必要的计算负担,采用分段航程轨迹优化。原始轨迹在特定的能量点处进行分段。对全程轨迹优化、两段轨迹优化和三段轨迹优化的仿真结果进行了对比分析,可以得出结论:多段轨迹优化能增加航程,并且具有更高的计算效率和精度。