亚轨道飞行器作为当今先进飞行器的代表,具有巨大的军事和商业价值,其相关技术的发展受到各国高度重视。论文以亚轨道飞行器为研究对象,为提高其总体设计水平,系统研究了多学科设计优化相关技术的理论以及应用,初步建成了一套适用于亚轨道飞行器的多学科设计优化方法,并将其应用于亚轨道飞行器总体设计优化问题中。首先,研究了径向基近似建模方法。通过对影响径向基近似模型近似精度的重要因素深入分析,给出了一种基于灵敏度分析的设计空间分解方法,并在此基础上提出了基于空间分解的参数优化径向基近似建模方法。借鉴经济学中的Pareto定律,提出了基于Pareto定律参数优化的径向基近似模型构造方法。并且对上述两种径向基模型构造方法进行了算例测试。其次,研究了基于离散梯度方向的快速序贯优化算法。基于试验设计方法对优化算法初始样本点的选取进行了研究。提出离散梯度方向的概念,并将其运用到优化算法中。通过试验设计方法和离散梯度方向的结合,并借鉴禁忌搜索算法中禁忌表的思想,提出基于离散梯度方向的快速序贯优化方法。然后,建立了亚轨道飞行器各学科模型以及气动学科近似模型。针对亚轨道飞行器,分别建立了气动学科、弹道学科、控制学科和质量学科数学模型,并对气动学科进行了近似建模。最后,以亚轨道飞行器为研究对象,对亚轨道飞行器总体方案多学科设计优化进行了研究。建立了基于近似模型的亚轨道飞行器总体设计优化问题的数学模型和基于概率偏差的亚轨道飞行器总体设计优化问题的数学模型,以起飞质量最小为主要优化目标,对该问题进行了求解,得到了一套较优的亚轨道飞行器总体设计方案。论文对多学科设计优化技术中的近似模型和优化算法进行了系统研究,并将其应用于亚轨道飞行器的总体设计优化过程中。为亚轨道飞行器高精度近似建模技术以及复杂系统优化问题的快速求解技术的发展奠定了良好的基础,促进了多学科设计优化方法在亚轨道飞行器上的应用。针对亚轨道飞行器多学科优化总体设计方案的初步探索,对我国开展亚轨道飞行器的研究具有一定的参考价值。