透波天线窗是高超声速飞行器雷达探测系统的关键部件。在长时间高超声速飞行中,透波天线窗将承受严重的气动加热,必须进行可靠的热防护设计。具有防隔热功能的透波天线窗,通常由透波防热层、透波隔热层、空气层以及非透波层多种材料组成复合多层结构。而透波隔热层又有一种或几种微纳孔隙材料组成,其高温传热涉及导热、辐射、以及压差作用下的孔隙渗透作用,传热传质机理复杂。目前,对高超声速飞行器透波天线窗在强烈气动加热下的高温传热机理研究缺乏,特性认识不足。因此,开展高超声速飞行中透波结构的高温传热机理与瞬态传热特性研究,不仅是高超声速技术发展的迫切需求,也有重要的理论意义。本文针对高超声速飞行器的多层透波结构,采用机理建模和数值模拟方法,开展了高温下辐射-导热-渗透的瞬态耦合传热机理和特性研究。主要内容包括以下几方面。针对多层透波结构的防隔热设计需求,考虑由单层或多层吸收、各向同性散射介质与空气层、不透明材料层构成的任意多层结构,以及材料热物性和辐射性质的温度依变性和光谱选择性,采用有限体积法结合蒙特卡洛法,建立了高温辐射-导热一维瞬态耦合传热模型和数值求解方法并编制了计算程序。在进行程序可靠性验证基础上,分析了材料物性对多层结构瞬态温度场的影响。考虑轻质隔热材料的高孔隙特性及飞行过程中的压差作用,基于达西定律,建立了压差作用下多层微纳孔隙隔热结构的一维气体渗透与导热-辐射瞬态耦合传热模型。结合有限体积法和蒙特卡洛法,建立了高温下多层结构的辐射-导热-渗透一维瞬态耦合传热数值求解方法并编制了计算程序,可以适用于物性具有温度依变性和结构两侧为时变压强的多层结构耦合传热分析。利用该计算方法,对不同压差条件下,多层隔热结构耦合传热中的渗透率和辐射影响进行了模拟分析。针对工程需求,针对一种三维防隔热结构,基于开源OpenFOAM代码平台,通过编制三维渗透传热计算求解器,结合平台中辐射-导热等效计算模块,进行了三维辐射-导热-渗透耦合传热模拟。分析了不同压差、不同热流密度以及各区域不同压强条件下,三维隔热结构的瞬态温度分布特性,考察了渗透率和辐射传热对三维隔热结构温度场变化特性的影响规律。通过研究,编制了分析高温下多层透波结构瞬态耦合传热过程的计算程序,对多层透波结构的高温瞬态耦合传热机理和特性形成了基本认识,获得了结构和材料导热、辐射、渗透特性参数对耦合传热过程的影响规律。为高超声速飞行器透波结构的防隔热设计提供了认识基础和技术依据。