当高速飞行器在大气层内高速飞行时,其光学窗口直接与气动热流接触,窗口受复杂热流加热,温度迅速升高,并发生不均匀形变,内部产生应力和应变,根据热光效应和弹光效应,光学窗口的气动热效应会导致窗口的折射率场发生改变,进而改变通过窗口传输的光束的波前,影响红外成像探测系统对目标的成像质量,降低飞行器对打击目标的探测精度。光学窗口气动热效应直接影响窗口光传输,本文从热调控角度出发,通过面形设计,结合共形整流罩与平面侧窗的优势,建立共形曲面侧窗来降低光学窗口气动热效应的影响,进而减小窗口的气动光学效应造成的像差,提高窗口内部探测系统的成像质量和飞行器探测精度。本文主要完成了高速飞行器共形曲面侧窗面形设计研究和高速飞行器共形曲面侧窗罩体材料优选研究。高速飞行器共形曲面侧窗面形设计研究。以传热学和弹性力学的相关理论为基础,利用有限元计算方法,建立了高速飞行器光学窗口的气动热响应分析有限元计算模型,对比分析了不同面形共形整流罩的气动性能随长径比和面形的变化规律,选择综合气动性能最好的长径比为1.5的正弦面形整流罩作为基函数建立共形曲面侧窗;避开整流罩的高温区域,在正弦面形整流罩的低温、低形变区域建立侧窗,完成了高速飞行器共形曲面侧窗面形设计研究;利用光线追迹软件计算了气动热分布情况不同的高速飞行器共形曲面侧窗的波像差,进行对比分析,验证了通过热调控设计共形曲面侧窗来削弱气动光学效应的可行性。高速飞行器共形曲面侧窗罩体材料优选研究。透光侧窗与不透光罩体材料之间发生热传导,罩体材料特性影响侧窗的温度、形变数值及分布。本文利用有限元方法,建立了带侧窗的整流罩的有限元计算模型;对比分析了罩体材料比热容、密度、热导率、热膨胀系数、泊松比、杨氏模量等各项特性对共形曲面侧窗的温度、形变的影响,确定了罩体材料特性对侧窗热响应的影响规律,给出了有利于提高高速飞行器气动热性能的整流罩选材意见;并且根据该规律确定了使侧窗气动热性能相对最好的罩体材料;利用光线追迹软件计算了复杂热环境下拼接不同材料的共形曲面侧窗的波像差,验证了提出的罩体材料选择规律的正确性。