高超声速风洞进行模型测热试验时,为避免模型在投放前被加热引起的测量误差,要求试验机构将模型快速送入流场中间,并稳定停在指定位置,基于此设计一套热流测量试验机构并对其性能进行研究。将该热流测量试验机构设计成分层式的串联机构,主要由X向运动机构、Y向运动机构、偏航角调节机构和俯仰角调节机构组成,其中Y向运动机构的运动性能是高超声速风洞热流测量试验能否获取可靠实验数据的关键和难点所在。本文首先根据该高超声速风洞热流测量试验机构的设计指标,同时调研与借鉴国内外高超声速风洞中测力/热试验机构的结构形式与驱动方案,提出该高超声速风洞模型热流测量试验机构的结构方案和工作原理,确定各自由度运动功能的实现方式和技术方案。针对Y向运动的时间要求和运动特性,提出了直线电机创新型驱动方案。运用改进型三角函数加减速控制算法和S型加减速控制算法分别对Y向运动的轨迹进行规划设计,对比分析两种算法的性能参数选取适合本课题改进型三角函数加减速控制算法对Y向运动进行轨迹规划。对热流测量试验机构进行三维参数化建模,并运用workbench软件对机构进行静动态特性分析,得到机构的静动态性能满足设计要求。通过对热流测量试验机构刚度分析,然后对刚度薄弱环节基于参数灵敏度分析,实现对热流测量试验机构轻量化及结构优化设计,并对比优化前后机构的静动态性能。本课题研究的热流测量试验机构响应了某高超声速风洞实验的各项指标要求,在结构设计上采用空间复用原则、运用CAE优化设计方法,机构具有刚度好、质量轻、运动性能好等优点。对Y向运动的轨迹规划合理且实际可行,为风洞热流测量试验相关机构的设计与研制提供了参考借鉴作用。