高超声速滑翔式飞行器具有极强的突防性能和机动性能,被视为实现全球快速精确打击的利器。不同于传统的飞行器设计,高超声速飞行器设计有因其特殊的飞行性能而特有的挑战,其中在进行高超声速飞行时所面临的气动热弹性耦合就是一个关键的瓶颈问题。体襟翼因具有俯仰控制效率高、结构紧凑等优点,常作为高超声速滑翔/再入飞行器的气动控制面和主要的稳定、配平和控制装置,其控制效率对于高超声速飞行器的飞行安全及完成既定任务具有相当重要的意义,因此对体襟翼的气动热弹性耦合问题进行研究是十分必要的。本文在总结国内外相关研究的基础上,系统地开展高超声速飞行器体襟翼气热弹耦合特性研究。针对气动热弹性耦合分析中的关键问题开展研究,主要包括:为提高精度和效率改进数据接口技术;提出新的动网格质量反馈改进方法,增大网格变形能力,以满足大幅运动中的动网格计算;分析高超声速工况下体襟翼附近流场特性,对体襟翼结构进行优化设计;研究体襟翼气动热弹性耦合响应特性。具体研究内容如下:(1)针对多场耦合计算中不同场在耦合边界上的数据交互问题即耦合边界数据接口技术展开研究。在内投影常体积转换法的基础上,提出了基于非结构网格面元的内投影常体积转换法,并通过算例验证了该方法的数据插值能力。(2)针对气动热弹性耦合问题中的弹性体动网格方法变形能力,提出一套基于网格面积缩减系数和网格内角约束这两个网格质量参数的QC网格质量反馈改进弹性体动网格方法。并以旋转和平移这两种典型的边界运动模式算例对所提出的方法进行对比验证。(3)为分析高超声速飞行器体襟翼所遭遇的复杂而特殊的气动力/热环境,建立了体襟翼的二维和三维模型,对不同参数下的体襟翼附近流场进行了数值计算分析。重点研究铰链线缝隙流对体襟翼表面载荷分布及其控制效率的影响,并基于流场分析的结果对体襟翼模型的结构参数进行优化。(4)对体襟翼气动热弹性耦合响应特性进行了深入的分析。采用分层耦合求解策略,并建立了基于CFD的三阶当地流活塞理论非定常气动力模型,对本文所建立的采用C/SiC材料的体襟翼几何模型进行气动热弹性耦合响应研究。分析了不同高度、马赫数和飞行攻角下体襟翼的结构响应特性,并对高超声速工况下的颤振现象进行了研究。最后对本文工作进行了总结,指出了现阶段存在的问题和今后研究工作开展的方向。