目前高速飞行器金属热防护系统(MTPS)与机体结构之间的连接主要通过刚性连接结构实现。刚性连接结构约束了热防护系统上下板因热膨胀程度不同而发生的相对热变形,这就造成结构产生较大的热应力,从而严重影响结构强度。因此针对解决高速飞行器热防护与热应力消除问题完成一种能够同时实现有效消除热应力、具备显著减振效果、承载力强与拆装方便维护性好等功能的弹性连接结构设计非常必要。论文工作包括设计了应用于金属热防护系统的一种弹性连接结构,完成了结构设计、材料确定与各个零部件尺寸设计,并给出了三维结构图与整体设计框架。以质量轻、刚度大为目标进行了弹性连接结构中的重要元件——弹簧的几何参数优化设计,并结合MSC PATRAN有限元仿真分析与MATLAB程序迭代研究了大变形后弹簧的力学特性,包括静刚度、固有模态、瞬态响应与频率响应特性。通过有限元对比分析了采用弹性与刚性连接结构的金属热防护系统热力学特性,包括非均匀温度场下的热变形与热应力分析、热变形后金属热防护系统在承受冲击载荷下的热应力分析与随机载荷谱激励下的振动响应分析。分析结果表明,在MTPS外表面承受冲击载荷或随机载荷的情况下,相比于刚性连接结构,论文工作设计的弹性连接结构能够更加有效地消除结构热应力,并且可以显著降低机体承力结构的振动响应。