临近空间高超声速飞行器受内外加热情况严重,舱体外部受严酷的气动热,舱内机载电源、计算机、通讯设备等长时间工作同样会产生大量热量。针对设备舱内外耦合热效应预测与计算分析等方面的需求,需要掌握飞行器受气动热、防热结构与舱内仪器布置对内外耦合热效应的影响规律,为航天飞行器热防护系统的设计提供有效支撑,为三维内外耦合热效应软件国产化提供一定理论依据。本文通过利用课题组自研软件防热结构内外耦合计算软件3Ddesign进行数值模拟,设计相关实验模型进行地面试验与量化分析,深入研究影响内外耦合效应的因素,并取得了一定进展,包括以下几方面:首先,针对高超声速飞行器工作时热量的产生与传递,分析飞行器设备舱防热结构所处热环境,探究三维内外耦合热效应中涉及的基本原理与控制方程,以及节点热网络法和辐射因子计算法的基本原理和控制方程。其次,为开展模拟设备舱受内外耦合热效应情况,加工制造出实体模型与配套检测传感器,并搭建了实验模型的相关约束条件。包括对舱体防热结构、舱内仪器进行简化建模,对制造材料与加工方式的设计,对各设备的辐射因子、安装固定方式、检测设备、密封性等约束条件的选取进行了规划。最后,通过对石英灯辐射软件提供热流与舱体外壳厚度进行调整,以模拟设备舱所处不同外部气动加热与防热结构情况;通过改变表面模块布置位置,模拟舱内热源布置位置对耦合情况的影响。开展数值模拟计算与量化分析,得到舱内热源与舱外气动热在耦合热效应中不同时间影响作用不同,并且内部热源对其他仪器有无遮挡造成的影响作用不同,可针对不同的仪器所需工作温度进行设计以满足舱内仪器工作环境的稳定性。设计出一款数据参数,即辐射热流功率为0.39kW,舱体厚度为9mm,能够满足实验模型所要求工况。并且针对此典型案例,开展不同系列石英灯功率及模拟设备舱位置的实验研究,取得了外部加热热流与滚转角度对设备舱的传热影响规律。