高温火焰和高速飞行器飞行时与空气摩擦都会产生大量的热,热源释放出巨大的热能会带来安全隐患,造成安全事故。良好的热防护可以提高高速飞行器的安全性能,避免由热造成的解体事故。碳纤维耐热性能好、抗腐蚀能力强,被广泛应用于高速飞行器及航天器的热防护中。通过光谱辐射特性的理论研究计算,可以为改进材料结构,增强热防护能力提供理论基础。本文采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain)方法,根据文献建立碳纤维的纵轴平行随机排布(2D随机排布)和碳纤维纵轴不平行排布(3D随机排布)的物理模型,确定仿真计算网格精度,针对碳纤维随机排布方式、含量和半径对其光谱辐射特性的影响,计算4种不同含量的等半径与非等半径三种随机排布方式下,碳纤维在2.5μm-15μm波段散射、与吸收因子的变化趋势。针对结构排布方式,分析对比随机排布与均匀排布,3D随机排布与2D随机排布对碳纤维散射、吸收因子或散射、吸收截面的相对偏差。计算分析基体对碳纤维复合材料光谱辐射特性的影响,在碳纤维中加入SiC基体、Mg基体,以及在SiC基体加入碳纳米管后,碳纤维复合材料的散射、吸收因子的变化趋势。结果表明碳纤维的含量、排布方式、半径以及基体,均会对碳纤维及其复合材料的光谱辐射特性产生影响,均匀排布模型代替随机排布模型,以及2D随机排布代替3D随机排布计算,对碳纤维散射因子、吸收因子造成较大偏差,碳纤维的随机排布方式对其光谱辐射特性的影响不可忽略。深入分析碳纤维复合材料的光谱辐射特性,可以为改善碳纤维及其复合材料的结构提供理论计算依据,使其在热防护中有更好地应用。