空冷核动力发动机很快成为低空高速飞机的好选择。为了获得更好的推进性能，本工作以最小尺寸和高推重比为目标，对空冷反应堆进行了概念设计，满足了热工水力学和中子学的目标，以确保其在极端运行条件下的安全性。对由辐射器、反应堆和喷嘴组成的核发动机进行简化建模，主要计算堆芯流道内的传热和压降。研究了推力与比冲的关系，以显示发动机的工作范围。气冷堆芯的几何尺寸被最小化，以提供120 kN的额定输出推力。对于这种优化设计，反应堆的壁温保持在1644K的上限以下，并且根据燃料单元蒙特卡罗模拟得出的临界屈曲，堆芯理论上达到临界。此外，还对整个反应堆进行了中子学分析。由于燃料基质中添加了Gd2O3，在浸没事故下，停堆裕度保持在-1$以下。本文最后提出了一种质量为2.6吨的高浓缩氧化铀气冷堆的设计方案，该反应堆可为海平面120千牛的高速巡航飞机提供15天的推力。