针对现有大口径火炮综合发射性能不足以及传统优化效果欠佳的问题,分析研究了火炮全弹道发射过程中的变量内部耦合关系,建立了某大口径火炮全弹道多学科优化模型。完成了某型大口径火炮与弹药一体化设计问题的学科分解,确定了各子学科设计变量及优化目标。基于各子学科有限元计算结果,建立了各子学科优化数学模型及基于代理模型的大口径火炮和弹药一体化多学科优化模型,优化效果良好,对于后续的大口径火炮与弹药一体化设计问题具有一定的指导意义。详细阐述了多学科优化求解的基本概念,深入分析、验证了非层次型改进二级求解策略及改进协同优化策略的实际求解能力,研究对比了二者在多学科优化问题中的各自优缺点,确定了大口径火炮全弹道多学科优化及火炮与弹药一体化多学科优化设计的求解策略。分析研究了内弹道、外弹道及终点效应3个子学科的内部耦合关系,基于非层次型改进二级求解策略,建立了某大口径火炮全弹道多学科优化模型,有效改善其整体发射性能。利用多学科优化理论将现有大口径火炮与弹药一体化设计问题分解为包括弹带挤进子学科、弹丸膛内大位移运动子学科及身管内膛磨损子学科在内的多学科优化设计问题。确定了各学科设计变量及优化目标,并基于试验设计方法进行了各子学科有限元计算。分析对比了多种代理模型技术在大口径火炮与弹药一体化设计中的实际应用效果,针对各子学科的实际特点,基于多学科优化求解策略,以各子学科关键性能指标为优化目标,各子学科关键参数为设计变量,充分发挥子学科学科自治能力,建立了基于代理模型的大口径火炮与弹药一体化多学科优化模型,优化效果良好,对于后续的大口径火炮与弹药一体化设计问题具有一定的借鉴意义。