高速飞行器整体热环境受到舱外气动加热、表面辐射冷却、防隔热结构传热、舱内耦合换热等各种因素的综合影响。对温度场的准确计算,在飞行器设计中至关重要。本文以飞行器舱体内外的热环境为研究对象,从舱外气动加热、防隔热结构壁面处的解耦计算、舱内的耦合换热计算三方面出发,开展了飞行器的热分析计算。本文首先进行了飞行器防隔热结构表面的温度场计算,同时对飞行参数对温度场的影响展开分析。基于飞行过程中热环境的形成机理,建立了飞行器外部气动热分析的数学物理模型。分别针对高速流下的一维模型、二维翼型展开气动加热计算,并分析不同飞行参数对温度场的影响,同时给出各种工况下的压力场、速度场分布。通过对飞行器舱体防隔热结构表面与高速气流的瞬态耦合传热机理分析,结合具体算例,比较了两种瞬态流固耦合解耦分析方法:浮动温差法、辐射平衡法;进而获得了飞行器表面的气动热流及温度场分布。针对防隔热结构在长时间动态气动加热和表面辐射散热耦合作用下的瞬态热响应计算,创新性地提出了数值计算实现策略,即与结构壁面温度强动态耦合的非线性热边界条件下,复杂防隔热结构瞬态热响应的工程计算方法。本文通过模拟计算,对该方法的网格和计算步长要求、计算效率、可靠性进行了验证分析。针对某型高超声速飞行器设计方案,开展了低导热复杂防隔热结构的传热计算研究。本文基于FLUENT软件,通过UDF编程实现动态耦合性气动加热—辐射散热耦合性热边界条件的加载。针对某种飞行器实际飞行过程中大尺寸多层薄壳翼舵与防隔热结构组合体的典型复杂结构的瞬态热响应,进行模拟分析,为飞行器热防护结构的设计优化提供依据。从飞行器舱内热环境的形成机理出发,讨论了舱内存在的几种典型传热方式与进行热分析的难点所在。针对全耦合计算运算效率低、收敛性差的特点,采用提取换热系数进行解耦求解的工程计算方法,并验证其可行性。针对舱内简化模型,进行了耦合换热计算,并综合考察耦合换热中辐射、对流这两种传热方式的影响因素大小。最后,对返回再入过程中的飞行器进行舱内耦合换热分析,获取了其舱内载荷不同时刻的温度分布。