回转体结构是高速飞行器的关键部件,以导弹天线罩为代表,常被安装在飞行器头部最前端,起到防热、承载和保护内部电子设备的作用,已成为国内外研究的热点。回转体结构伴随飞行器在高速运动过程中,不仅外表面承受着巨大的气动热冲击,使其具有较大温度梯度,造成结构的承载能力下降;另一方面,内部结构在横向气动载荷作用下产生的机械应力与温度梯度产生的热应力叠加时,将对其结构与功能产生较大的破坏作用。因此,在回转体结构交付前,必须在地面进行热、力学性能试验。本文主要以当前航空航天领域防热、承力一体化结构为背景,以数值模拟为主要方法,结合回转体结构真实飞行条件下的力热联合试验加载技术的科研项目,开展相关研究。本文首先通过Ansys软件,对回转体结构飞行器热力耦合场下的力学性能进行分析,并对试验加载系统中的核心元件“仿型橡胶皮囊”进行静力加载分析;然后,以热强度试验为基础,完成了热强度试验平台设计;最后,对试验平台标校和试验状态下的调试用水冷测试模型进行了结构优化。通过本文研究得到以下结论:(1)在热力耦合场下,回转体结构上辐射加热单元区域与非辐射加热区域的交界位置出现最大等效应力,整体结构的尖端出现最大位移。温度载荷是影响回转体结构应力应变的主要因素。在保证结构完整性的情况下,回转体结构的最大安全载荷为1.0MPa。(2)仿型橡胶皮囊拟静力加载应力分布均匀,满足试验需求。在皮囊内压0.4MPa的工况下,仿型橡胶皮囊最大应力0.08MPa,最大变形0.08mm。仿型橡胶皮囊拟静力加载的运用,为热力耦合试验横向气动力载荷等效模拟提供了新方法。(3)设计并搭建了回转体结构飞行器热强度试验平台,完成了热强度试验前的首要工作。试验平台划分为试验工装系统、试验加载系统和试验测控系统三个部分,分别负责设备搭载、载荷加载和数据采集的工作,经调试后的热强度试验平台满足试验需求。(4)在试验平台标校和试验状态下,完成了调试用水冷测试模型的结构优化。经优化的冷却水道具备对模型的冷却能力,且随着水流流速逐渐增大,冷却能力逐渐增加。