组合动力飞行器在飞行过程中受到复杂的力热载荷,结构/热防护系统设计是其总体设计的一项关键技术。本文从热防护系统设计、机翼结构布局优化设计、结构系统优化设计三个方面展开研究,完成了组合动力飞行器的结构/热防护系统方案设计。主要工作包括以下几个方面:(1)分析了组合动力飞行器的力热环境,给出其结构/热防护系统初步方案。在多学科设计优化环境下梳理了各学科间的耦合关系,建立了组合动力飞行器结构/热防护系统设计流程。(2)针对组合动力飞行器的热防护需求,建立热防护系统设计方法。基于工程估算方法计算了组合动力飞行器的气动热环境,并利用空间插值方法建立了气动热数据库。结合国外典型组合动力飞行器的热防护方案,完成了本文组合动力飞行器的热防护方案选型与优化设计,最终获得组合动力飞行器热防护系统质量为7102.3 kg,占飞行器干重的19.19%。(3)针对结构布局优化设计需求,以组合动力飞行器机翼结构为例,采用“两级三层”布局优化设计方法,第一级通过拓扑优化获得机翼结构的主传力路径,第二级通过形状/尺寸综合优化设计获得机翼结构的最优布局方案。此外,将飞行器不同部位的材料选择纳入结构优化设计范畴,提出了结构离散材料选型优化设计方法,完成了机翼结构不同部位的材料选型优化设计。(4)基于均匀化方法建立了典型加筋板结构的刚度性能等效方法,并通过算例验证了等效方法的准确性。基于等效模型与拓扑优化结果,建立了组合动力飞行器的结构有限元模型,完成了结构瞬态传热分析与优化设计,最终得到组合动力飞行器的最优结构质量。本文研究内容为组合动力飞行器总体设计阶段的结构/热防护系统设计提供了一套完整的设计流程,满足组合动力飞行器多学科设计优化中对于结构/热防护系统的设计需求,为该类型组合动力飞行器的结构/热防护系统设计提供技术支撑。