高超声速飞行器是指飞行器飞行时的马赫数等于或大于5的飞行器，它包括弹道导弹、再入飞行器、空间运载器、拦截导弹以及超音速巡航导弹与飞行器等，有一次性使用与可重复使用之分^[1]。在飞行器超高速飞行时，其表面与大气之间会产生大量的摩擦热，这将使飞行器表面温度急剧升高，从而降低飞行器材料的寿命和性能^[2-5]。因此热防护结构是高速飞行器的关键结构之一，可以设法吸收、阻断、耗散这种气动加热的加热量，使其保护飞行器在大气层中超高速飞行时免遭破坏和烧毁。

1. 气动加热与防热结构

随着新型航天飞行器飞行马赫数的不断提高、在大气中飞行时间的延长，气动加热日趋严重，防热问题日益突出。如空天飞机上升段、高超声速巡航导弹、高超声速飞行器等，由于在大气层中长时间高速飞行，其所受的累积气动加热量很大^[6]。返回式卫星、载人飞船的返回舱、重复使用运载器（Reusable Launch Vehicle,RLV）如航天飞机再入大气层时，航天器由接近真空的外空间进入稠密的大气层，加上飞行速度很高（如航天飞机再入大气层高度100km时的飞行速度为7800m/s）^[7]。因此再入航天器的气动加热热环境是十分恶劣的。

现有的热防护的基本结构为：吸热式防热结构、烧蚀式防热结构、辐射式防热结构以及传质换热热防护结构；另外，按作用来划分，可以分为：被动式、半被动式和主动式防热结构^[6]。主动式防热技术是依靠另外一种流动介质来带走热量借以达到热防护的目的；被动式防热技术则依靠防护结构的吸收和辐射特性来防热；半被动式防热技术则介于上述两者之间，如烧蚀防热技术等。

1.1. 吸热式防热结构

吸热式防热^[8]机理是利用材料在温升时吸收热量而进行热防护。在飞行器结构外层包覆一层大热容的材料，这层材料就会吸收大部分的气动热，从而使传入内部的热量减少。只要这层材料的热容足够大，就能维持内部结构的温升低于允许值。

由于防热层的总质量与表面传入的总热量成正比，因此，吸热式防热结构只适用于加热时间短、热流密度不太高的情况，否则防热层太笨重；防热层的表面形状和物理状态在防热过程中不变，该防热方法具有维持外形并且能够重复使用的优点；吸热式防热结构许用表面温度较低，一般为600-700℃，此温度下辐射散热几乎不起作用；吸热材料的热容和热导率越高，则防热效果越佳。

1.2. 传质换热热防护结构

传质换热热防护结构^[7]属于主动式热防护结构，以发汗冷却和对流冷却为代表。发汗冷却是用外部泵将冷却工质送往加热表面，使冷却剂在多孔外壳下流动，携带出飞行器内部热量，同时阻塞外部对飞行器的表面加热，从而达到热防护的目的。对流冷却结构是通过冷却剂循环带走因严重气动加热产生的绝大部分热量而达到防热目的。

1.3. 烧蚀式防热结构