高超音速飞行器在运行过程中经历复杂的空间气动摩擦传热,使其表面温度剧烈升高,红外辐射强度逐渐增大。飞行器红外辐射特性是空间红外探测识别及跟踪的重要依据,因此,降低飞行器表面红外辐射强度就显得尤为重要。液氮冷屏蔽技术利用制冷剂相变吸收大量热量的原理来降低目标表面的红外辐射强度,其内部制冷涉及到低温液体蒸发制冷和节流制冷两个重要过程。目前缺乏空间复杂环境下多目标冷屏系统在近三相点节流制冷所需要的基础理论支持,因此,多目标冷屏系统在空间中段运行的研究具有重要意义。多目标飞行器在空间中段运行分为两个阶段,即母舱携带多个子目标飞行器运行至最大高度后释放子目标飞行器,子目标飞行器脱离母舱后继续按照预定轨道运行。首先,本文设计了两种不同的多目标冷屏蔽结构形式,一种是母舱携带多个子目标在空间运行,顶部设置制冷剂出口;一种是母舱携带多个子目标在空间运行,底部设置环形底盘的制冷剂出口。为了揭示在空间中段运行过程中影响多目标冷屏系统在近三相点时各物性参数的变化规律,首先,本文针对两种模型在改变制冷剂进口流速、制冷剂的进口状态以及制冷剂出口口径的工况进行研究,得出两种冷屏结构在不同工况下的系统参数分布变化规律。其次,将两种模型所得的模拟结果进行比较,得出最佳结构形式。最后,设计了子目标飞行器脱离母舱后在空间中段运行的模型,在冷屏系统中加注低温液氮,利用RNGk-ε湍流模型、蒸发-冷凝模型等数值模拟了在改变液氮的进口流速的工况下对冷屏系统参数的影响,并对单目标冷屏系统在空间中段运行的各个时间段的内表面温度分布规律进行研究。结果表明:在两种多目标冷屏系统中加注饱和氮气经节流后呈现相似规律,随着进口流速的增大,冷屏表面的温度逐渐减小,节流效果增强;在加注饱和氮气和过热氮气的工况下,加注过热氮气时冷屏的制冷效果均比加注饱和氮气时更好;当减小氮气出口截面积时,两种冷屏系统的温度、压力逐渐增大,制冷能力下降。通过对比两种多目标冷屏系统模拟结果,表明在底部设置出口的模型制冷效果更好,但所需的材料较多。在单目标冷屏系统中加注低温液氮时,随着液氮进口流速的增大,冷屏温度逐渐减小;通过对最优条件下的单目标冷屏系统模拟,得到各时间段空间运行时的温度分布规律,结果表明冷屏系统能够满足空间保冷1200s的预期目标。本文的研究内容为后续的冷屏系统研究及其结构优化设计提供了理论参考依据。