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金属热防护系统是高超飞行器热防护系统的理想候选方案。给出了一套高温合金金属热防护系统的初始设计方案，进行了金属热防护系统各功能层选材；给出了金属蜂窝材料的宏观力学性能和导热性能等效方法；建立了金属热防护系统简化的一维有限元传热分析模型，提出了采用迭代分析方式说现的金属热防护系统隔热层尺寸优化方法；建立了金属热防护系统的三维有限元分析模型，实现了金属热防护系统的热弹性分析；最后通过典型算例验证了上述方法的有效性。