高超声速飞行器多采用先进复合材料作为承力防热一体化结构的材料。由于金属膨胀系数远大于复合材料,当使用传统高温合金螺栓连接复合材料结构时,会出现因热不适配导致高温使用条件下螺栓预紧力降低甚至完全消失的问题,因此在已有的热适配技术的基础上,采用锥面配合界面,创新设计两种分体式螺栓连接新型结构方案,可以在900℃高温下仍保持较大的轴力。推导高温下轴力与多种参数之间的理论关系公式,包括结构尺寸、材料弹性模量、膨胀系数、摩擦系数等;按照公式中的参数条件建立有限元模型,与普通螺栓模型进行对比,仿真模拟螺栓温升时的轴力变化情况,校验方案有效性与公式正确性;进行热适配螺栓与普通螺栓常/高温静力拉伸对比试验及振动试验,结果表明该种热适配螺栓在高温下有较好的防松效果。本文涉及理论分析、数值仿真、试验验证,具体开展的工作如下:(1)给出了温升条件下螺栓连接的热变形协调方程以及热适配技术的理论基础,提出了两种分体式热适配螺栓连接结构方案,重点分析了结构设计原理以及材料选择。从理论角度分析、论证了两种方案的高温防松性能存在的合理性。重点推导了高温轴力与结构尺寸、配合界面摩擦系数、材料属性之间的理论关系公式,为后续有限元仿真提供一定的理论依据。(2)采用理论公式法、有限元数值仿真法,与普通平垫螺栓进行对比,验证热适配螺栓的高温防松性能;验证热变形协调方程正确性;探究多种参数对性能的影响方式,包括结果尺寸参数、配合界面摩擦系数、材料膨胀系数等参数;并用数值仿真法复现理论公式所揭示的参数影响方式。(3)测量了方案所选材料的膨胀系数以及试验件的扭矩系数,在此基础上开展了热适配螺栓试验件与普通螺栓的常/高温静力拉伸对比试验,分析了拐点载荷与螺栓轴力、拧紧力矩之间的线性关系,比较讨论了高温剩余轴力比例与高温剩余力矩比例两种数据处理方法。从静力试验角度证明热适配螺栓良好的高温防松性能;开展了高温振动试验,比较了接触法测基频与非接触法测基频,从振动试验角度证明热适配螺栓良好的高温防松性能。