随着航天、航空、兵器等领域的高速发展,传统刚性再/进入航天器应用降落伞减速已经无法满足未来高空、高速、大载荷的减速需求,载重大、质量轻、成本低的柔性充气式减速器已经成为回收着陆领域的研究热点,并拥有广阔的应用前景。但充气式减速器（IAD）的相关理论并不成熟,一些关键技术未能突破,导致各国进行飞行试验时均存在失败情况。本文主要聚集折叠建模和多场耦合这两类关键问题开展研究,旨在逐步构建充气式减速器的理论体系和分析方法,为其强度校核和优化设计提供依据。本文的具体工作如下:（1）新型折叠建模方法的研究折叠建模是研究柔性织物充气展开必须首要解决的关键问题,现有折叠方法无法对具有不可展平曲面的充气式减速器建立多维折叠、大压缩率的复杂折叠模型,本文提出了两种新型折叠建模方法:基于几何关系的分割映射折叠建模方法（SMFM）和基于动力学的运动折叠建模方法（MFM）。SMFM通过“曲面-展平面-折叠曲面”技术方案建立了不可展平曲面的大压缩率径向折叠模型;MFM则根据实际折叠过程,基于动力学运动原理建立了多维方向轴向大压缩率的折叠模型。上述折叠模型结合初始应力修正技术,可以降低展开时的应力集中和网格畸变现象。通过圆环、圆球折叠建模及充气计算验证了本文SMFM和MFM的适用性和准确性。采用本文提出的新型折叠建模方法建立了充气式减速器的径向收拢式折叠模型和旋转翻折式折叠模型,并对上述两种折叠模型开展了充气数值计算,研究了充气过程中外形、压强、体积等变化规律,分析了充气速度对充气过程的影响。数值结果表明:两种折叠方法下的折叠模型均能稳定有序充气展开,但MFM折叠模型比SMFM折叠层数多、体积压缩率大,充气展开时阻力更大,折痕处褶皱不易打开,各环内体积和压强曲线会出现阶跃性变化;提高充气速度,可以减小MFM折叠模型的褶皱局域应力集中和压力波动现象。（2）基于结构传热耦合作用下的气动热防护性能研究飞行过程中充气式减速器的热防护系统（TPS）会受到持续、强烈的气动加热,极易造成材料性能改变和破坏,对其热防护性能的评估非常重要。但传统气动热和传热单向耦合方法未考虑结构壁面温度对流场的反馈,会产生很大的热流误差,导致热防护性能评估精度很低。针对上述关键问题,本文发展了气动热和结构层传热双向耦合分析方法,其中映射点插值法保证了耦合面两侧的温度相等和热流匹配,并通过圆管气动加热数值模拟验证了耦合方法准确性。在此基础上,建立了飞行过程中充气式减速器气动热和传热双向耦合模型,研究了减速飞行时气动热、结构温度等时空变化规律。数值结果表明:充气式减速器飞行过程中流场热流、温度均先升高后降低,温度峰值出现时间滞后于热流峰值;飞行前期结构表面向内导热量大于向外辐射传热量,结构层持续升温,而后期由于结构温度高,向外辐射传热量大于向内导热量,结构层向外界散热;沿子午线TPS各层温度、热流均逐渐降低,沿厚度方向隔热层温差最大。和传统单向耦合方法相比,本文双向耦合方法动态反映了周围环境温度、气动热、热防护层导热之间的动态变化,更加符合物理实际。（3）基于复合材料模型的流固耦合研究充气式减速器多层、极薄的热防护系统实体网格建模数量极大,现有研究均简化为各向同性的单层壳体,会带来很大的误差,无法真实反映充气式减速器多层结构的材料差异。为解决上述关键问题,本文提出了结合复合材料模型的大变形流固耦合数值模拟方法,通过夹层板施载弯曲、圆管绕流和超声速降落伞开伞验证了耦合方法精确性和高效率。在此基础上,建立了不同迎角下充气式减速器流固耦合模型,研究了气动力、结构应力等动态变化规律以及迎角对工作性能的影响。研究发现:柔性结构变形振荡是导致气动系数出现周期性振荡的主要原因,这种变形降低了IAD阻力性能,并随迎角增加,流场中激波、膨胀波和尾涡等均发生显著变化,气动系数曲线的振荡频率减小、振幅增大;沿子午线方向TPS各层应力均出现高低起伏,沿厚度方向TPS应力先降低后升高,TPS最内层应力远大于其它层,并随迎角增加,TPS各层应力不断增大;结构危险点位于TPS与前体的相连处,最内层应该采用高强度承力材料。（4）充气式减速器的流固热耦合研究柔性充气式减速器高速飞行时会同时受到巨大的气动力和气动热作用,极易造成材料特性变化和结构破坏,这是一个流固热耦合问题。由于柔性IAD多场耦合时出现耦合面大变形运动,传统动网格方法会出现网格负体积问题,而浸入边界方法无法精确计算气动热。为解决这一关键问题,本文发展了流固双向耦合和热固单向耦合相结合的流固热耦合数值模拟方法,采用浸入边界法处理耦合面大变形运动,规避了网格负体积问题,同时利用有限体积法提高了气动热的计算精度,并通过高超声速圆管扰流验证了耦合方法准确性。在此基础上,建立了极端气动热载荷下充气式减速器流固热耦合模型并进行了数值计算,研究了周围流场及气动性能、温度分布、结构变形及应力分布情况。研究发现:气流动压小、圆环内压大时,柔性结构变形对流场演变过程、流场结构、IAD阻力性能等影响较小;沿子午线和厚度方向结构温度不断降低,肩部温差较大,迎风面壁温远大于背风面;气动热显著增大了TPS各层应力,改变了结构应力分布规律、危险点的位置和动态变形规律。本文的研究成果对完善复杂曲面的折叠建模理论体系,揭示充气式减速器的多场耦合工作机理,优化充气式减速器设计具有重要意义。