泡沫炭相变复合储能材料在应用于温度控制和热量管理方面具有很大的优势,其密度小、维持温度恒定、储能密度大及重复使用的优点,使泡沫炭相变复合储能材料在飞行器热控领域有着广阔的应用前景。本文选用符合泡沫炭微观结构特征的胞元模型对泡沫炭热导率进行预测,通过对泡沫炭微观层次结构特点的分析,根据建立的模型的几何关系,推导出泡沫炭有效热导率随孔隙率变化的预测关系式,通过预测关系式与实验测试值和数值模拟结果的对比分析,验证了得出预测关系式的正确性。在超声速飞行器所面临的典型气动热环境下,通过Fluent软件对采用赤藻糖醇和甘露醇两种相变复合材料的热控单元进行热导率、孔隙率、孔径等主要参数变化的热响应分析。通过分析主要参数变化对泡沫炭相变复合材料热控单元的热控效果的影响,得到热导率和孔隙率是影响热控单元热控效果的关键因素,且泡沫炭孔隙率为0.85时,热控单元的热控效果最优。通过超声速机翼前缘外流场的气动热计算,得到了不同马赫数下的壁面热流分布,将泡沫炭复合材料热控结构应用于超声速机翼前缘蒙皮内侧。分别就不同马赫数下有无热控结构,不同相变材料的热控结构、不同整体热导率下的热控结构应用于机翼前缘,分别进行固体传热和热应力计算。对热控结构应用于机翼前缘改善温度分布的作用和减缓热应力的效果进行综合分析。