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考虑燃烧室热防护与热环境相互关系，建立了超声速燃烧室再生冷却通道的耦合换热计算模型，提出一种热防护系统设计方法，该方法通过设计冷却面板的通道结构使冷却面板内的不同位置具有不同的冷却能力，使热防护系统在适应非均匀热流密度分布条件的同时保证冷却剂的工作性能和结构的热可靠性。基于CFD软件模拟了不同热防护作用下燃烧室内的高温热辐射与耦合换热的机制特性。研究结果表明，热辐射在燃烧室及冷却通道耦合传热过程中的作用不可忽视，不同热防护作用对燃烧室内的耦合传热、燃烧室燃气温度、燃料液滴的雾化、蒸发效果均有显著影响。研究为超声速燃烧技术和超燃冲压发动机设计提供理论基础与技术支撑。