可重复使用运载器和高超声速飞行器技术发展面临着严峻的高温热防护问题。金属热防护系统与再生冷却技术是这类飞行器热防护技术的重要组成,研究其传热特性与热设计方法具有重要意义。本文针对气动加热下金属蜂窝的传热特性与高温燃气加热下再生冷却通道的传热特性及系统热设计方法,开展了理论分析与数值模拟研究。主要内容包括:1.采用有限容积法结合蒙特卡罗法建立了金属蜂窝夹层板的二维耦合传热数值模型,编制了计算程序。通过模拟计算,获得了金属蜂窝夹层板的温度分布与当量导热系数,分析了不同条件下金属蜂窝夹层板内的传热机制,考察了几何参数、热物性等因素的影响。2.基于对流–辐射耦合边界条件下的导热理论,建立了再生冷却通道的耦合换热计算模型。分别采用有限容积法、蒙特卡罗法、实验关联式计算导热、辐射与对流换热,编制了计算程序。在考虑冷却剂热物性与辐射特性随温度变化的条件下,对四种典型的对流换热实验关联式的适用性进行了计算分析;讨论了不同条件下冷却通道内的辐射换热作用。3.通过分析再生冷却面板的传热过程,建立了再生冷却通道结构热设计模型,提出了基于加热热流密度分布与壁面温度约束控制的再生冷却面板热设计自适应算法,编制了设计计算程序。通过案例计算,验证了算法的可行性。通过研究,对金属蜂窝夹层板与再生冷却通道的传热特性形成了较深入的认识,为金属热防护技术的应用提供了有价值的参考依据与可供选择的热设计计算方法。