高超声速飞行器因为其具有5马赫以上的飞行速度，结构材料所处的热力学环境极端恶劣，飞行器表层材料长时间处于高温状态、且承受了宽频强噪声激励作用，这种复杂的气动力热载荷环境对高超声速飞行器结构的安全性和可靠性提出了严峻挑战，尤其是当高超声速飞行器追求结构极致轻量化设计目标时，热噪声激励诱发的耦合效应愈加明显。

本文针对高超声速飞行器飞行时面临严酷的热噪声环境，开展飞行器主体结构和轻量化功能结构在高温、强噪声激励下的随机振动动力学响应特性研究，初步建立了基于频域分析方法的热噪声激励结构动力学行为分析方法。结合数值和实验研究获得了热噪声联合作用下结构的动力学响应规律，可望为高超声速飞行器的结构优化提供理论方法和实验技术参考。

本文包含的研究工作进展主要在于：

1. 高超声速飞行器复杂结构的随机振动频域分析方法研究。考虑到噪声载荷是一种具有随机性的动态压力载荷，同时兼有一定的时间和空间分布的特征，基于多自由度系统的离散格式动力学基本方程，推导了高温环境、宽频强噪声共同作用下结构的动力学控制方程。研究进一步验证了对于飞行器结构噪声激励响应，本文仿真模拟所采用的随机振动频域分析方法的可靠性；随后，基于随机振动频域分析方法，开展了高速飞行器主体结构热噪声环境激励动力学响应分析。结合高速飞行器主体结构的模态数值分析和试验测试分析，获得了常温条件飞行器结构固有频率、振型和阻尼比等结构动力学固有属性；然后对高速飞行器主体结构同时施加高温和强噪声载荷，通过有限元数值求解动力学方程，得到高速飞行器主体结构的位移均方根分布和部件结构位移功率谱密度曲线。激励响应结果证实，热噪声环境中高超声速飞行器结构的垂直尾翼部件变形明显，这在飞行器结构动力学行为的后续优化设计中应当得到足够重视。

2. 热防护结构的轻量化设计研究。由于高超声速飞行器结构材料所处的复杂气动力热环境，飞行器结构设计时应综合考虑热防护的要求，本文研究对典型夹芯层轻量化结构在热防护系统中的主动冷却功能实现作了初步探讨。首先建立了多种典型夹芯板的几何模型，采用随机振动频域分析方法对比分析了这些典型轻量化夹层结构在热噪声环境激励的动力学响应，分析结果显示圆柱壳夹层板结构在高超声速飞行器所处的复杂热噪声环境中的力学性能相对而言具有一定的优越性。随后针对圆柱壳夹芯的多层排列结构研究了圆柱壳直径梯度变化的设计布局，通过随机振动频域分析方法对比分析了圆柱壳无梯度板结构、圆柱壳顺梯度板结构和圆柱壳逆梯度板结构在热噪声环境下的动力学响应，结果证实圆柱壳逆梯度结构可以更好的发挥圆柱壳夹层板的优势。

3. 典型轻量化夹层结构在热噪声环境下响应规律分析。本文首先研究实现了圆柱壳夹层板结构的模态试验方法，并结合试验结果和有限元模态分析结果，获得了单层圆柱壳夹层板结构的固有频率、振型和阻尼比等结构动力学固有属性。然后，针对环境温度的变化，开展了圆柱壳夹层板结构的热模态分析，计算结果证实了结构的固有频率随着温度升高而下降的明显趋势。针对不同幅值/强度的热噪声激励，开展了热噪声共同作用下圆柱壳夹层板结构的动力学响应规律研究。通过分析结构危险点的横向位移功率谱密度分布结果发现：环境温度给定时，结构动力学响应峰值位置对应的频率即已确定，峰值幅值主要取决于噪声强度；噪声强度给定时，温度水平将同时决定结构动力学响应峰值和峰值位置对应的频率。最后，本文尝试建立了声激励结构响应试验系统，试验分析了结构响应对噪声声压级的依赖关系，为后续热噪声联合加载复杂结构试验方法奠定部分基础。