本发明公开了一种基于预冷型组合动力高超声速飞行器气动布局及工作方法，包括：飞行器气动外形及预冷型空气涡轮火箭发动机，其中，预冷型空气涡轮火箭发动机包含：进气道、预冷系统、压气机、环形燃烧室、涡轮、加力燃烧室及尾喷管，且各部分依次连接；该进气道与飞行器气动外形前体下表面一体化设计，且进气道的进气端设有可调半锥体；该尾喷管与飞行器气动外形后体下表面一体化设计，且尾喷管的内部设有可调椎体。本发明保留了涡轮发动机中低空的工作性能优势，预冷器的应用可保证飞行器在跨超声速爬升加速的过程中提供较大的剩余推力，实现飞行器短时间内爬升加速到巡航高度。