热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料,在能源领域具有广阔应用前景。本文以飞行器在飞行过程中产生的气动热为研究背景,通过热电转换技术将气动热加以利用,一方面可以将热量快速转移,防止其对飞行器结构造成的损害,另一方面可以飞行器长时间的飞行提供了电能保障。本文利用热电效应的基本理论将热物理场与电物理场进行耦合,推导了热电转换输出功率、转换效率表达式,并根据有限元法对热电耦合的稳态和瞬态控制方程进行推导。根据飞行马赫数为3时,所确定的热电材料的工作温度,选择了方钴矿作为模拟中的热电材料,之后通过温差发电片的稳态和瞬态模拟计算去输出电压、输出功率以及能量转换效率,并提出了复合相变储能材料-热电器件结构,该结构可以在温差发电片两端形成恒定温度差,使得温差发电片可以输出稳定的电压。对复合相变储能材料-热电器件结构进行实验验证,并通过实验得到了装配压力、负载电阻和回路电流对输出电压、输出功率和转换效率的关系。为后续模拟得到负载参数,通过模拟研究了不同温度差、相同温度差不同温度区间对温差发电片的输出电压、输出功率以及转换效率的影响。飞行马赫数为3时使得飞行器舱内与舱外之间存在较大的温度差,但是单一热电材料存在着转换效率低,适用温度窄这一问题,所以设计了一种由Bi₂Te₃和方钴矿组成的分段型热电器件。通过模拟对比了在相同温度差的情况下,单段型热电器件与分段型热电器件回路电流与其输出电压、输出功率和转换效率的关系,并对分段热电器件进行结构优化。