临近空间高超声速飞行器高速飞行时飞行器表面气动加热问题严重,采取热防护措施对于高超声速飞行器来说必不可少,但热防护解决了气动加热问题却大幅增加了飞行器的重量,因此高超声速飞行器结构的轻量化以及热防护一直是高超声速飞行器研究人员研究的重点。鉴于此,对高超声速隔热结构的传热分析及优化设计对于高超声速飞行器设计来说很有意义。本文使用高超声速仿真软件CFD++计算了高超声速飞行器二维模型,将计算结果与实验对比证明所使用的仿真计算方法的正确性。此后使用同样仿真计算方法计算了典型外形的高超声速飞行器马赫数为6时的气动加热情况,对比分析了 0°、2°和-2°飞行攻角时飞行器周围的温度场。在此基础上对典型多层隔热结构进行了传热分析,分析不同材料层厚度变化对结构隔热性能的影响规律及使用耐高温复合材料作为结构层时的多层隔热结构的结构减重情况。最后使用ANSYS Workbench平台的多目标遗传优化算法对多层隔热结构进行了优化,得到了适用于典型高超声速飞行器的多层隔热结构,优化后得到的隔热结构隔热效果最好且结构质量最轻。