石英灯阵作为静热试验重要辐射热源,以其成本低、适应性强等优点,广泛应用于飞行器结构热试验。由于飞行器结构表面热流分布复杂,存在大梯度热环境,而传统的石英灯阵排布设计难以满足模拟需求,本文通过石英灯阵优化设计研究,为基于石英灯阵模拟大梯度热环境提供了一种设计方法。首先,基于理论解析法与蒙特卡罗法（MCM）模拟石英灯阵辐射热流分布状态的差异较小,采用蒙特卡罗法建立石英灯阵辐射热流场分布模型并设计验证试验,将仿真计算的测试表面热流分布结果与试验结果进行对比,发现两者差异较小,说明本文建立的石英灯阵辐射热流场分布模型是正确的。其次,以石英灯阵有限功率、大热流加热的试验要求要求,分析了灯管及其排布对加热均匀性的影响,测试表面分布热流均值为120k W/m~2,并利用测试表面分布热流标准差与均值的商表征其均匀度。为提高优化的可行性,比较模型中影响测试表面分布热流的参数灵敏度,确定模型优化参数为石英灯阵相邻灯管的水平间距与高度差,并通过仿真结果确定相邻灯管水平间距最小值为17mm。联立模型优化参数,发现石英灯阵按照椭圆函数排布设计时,测试表面分布热流均匀度为70.50%,相比初始石英灯阵等间距排布设计,均匀度提高了24.89%。为进一步提高模型的适用性,利用试验结果反演模型热功率参数,得到石英灯阵电热功率特性转换关系。最后,以天线罩表面驻点周围大梯度热流分布为背景,并将其转化为平面大梯度热环境,根据梯度热流分布左右两侧热环境差异大小细分为单一梯度与复杂梯度热环境。以优化测试表面热流分布均匀为基础,采取分区优化整合策略,将大梯度热环境分为热流变化突变区与平稳区,利用少量灯管模拟突变区热流分布,并对其密集取点,以测试表面与突变区各点热流密度的差值以及方差最小优化模型,平稳区采用测试表面热流分布均匀优化方法,模拟整体大梯度热环境,并改进石英灯阵排布设计。发现优化后测试表面热流分布结果与对应的大梯度热环境十分吻合,说明优化石英灯阵辐射热流场分布模型,能够很好的解决大梯度热环境难以模拟的问题。