随着航空航天技术的迅速发展,可重复使用飞行器成为了航空航天领域研究的热点之一。对于可重复使用高超声速飞行器,在再入大气层过程中,由于严重的气动加热现象,飞行器表面的温度迅速升高,为了克服这一问题,热防护技术的研究成了可重复使用高超声速飞行器发展的关键技术。热防护技术主要是为了防止飞行器表面温度过高,避免飞行器内部结构因为温度升高而失效。　　本文以高超声速飞行器热防护系统为研究对象,对航天飞机使用的多种隔热结构包括刚性陶瓷隔热瓦,柔性隔热毡,金属隔热结构等进行了传热分析和结构尺寸优化。首先介绍了各种热防护结构的特点和温度使用范围,对常用的三种传热模型进行了对比,验证了二维简化模型的正确性;分析了考虑侧边辐射对热防护结构传热结果的影响,然后在不同的条件下对各种热防护结构进行了传热分析及尺寸优化,分析了再入过程中热流密度,再入时间,初始温度和蒙皮结构可承受的最大温度对各个热防护结构最小尺寸的影响,并得到了在各种条件下单位面积热防护结构的最小重量;最后,为了分析蒙皮材料的选择对热防护结构的影响,分别估算了采用铝合金蒙皮和复合材料蒙皮的航天飞机单位面积的最小重量。