参考资料

测算和设计航天飞行器的气动加热和隔热系统是一个复杂的过程，涉及多个步骤和考虑因素。以下是一些关键点：

1. 气动加热分析：首先需要通过计算流体动力学（CFD）模拟和风洞实验来分析飞行器在高速飞行时产生的气动加热效应。这些模拟和实验可以提供飞行器表面温度分布的数据。

2. 材料选择：根据气动加热分析的结果，选择适当的防热和隔热材料。这些材料需要能够在极端温度下保持性能，同时要轻量化以减轻飞行器的重量。

3. 隔热系统设计：隔热系统的设计需要考虑材料的热导率、密度、耐温范围和机械强度。设计时还需考虑结构的热膨胀、热应力分布以及可能的热循环效应。

4. 热防护系统优化：通过优化设计，如调整隔热层厚度、外形锥度等关键结构参数，来实现在轻量化的前提下，防热、隔热、气动维护、热力承载、隐身、阻燃等多重功能的兼容与集成。

5. 地面试验验证：设计完成后，需要通过地面试验，如热流试验、热震试验等，来验证隔热系统的性能。

6. 数值模拟与实验验证：建立传热模型，进行三维瞬态仿真分析，并与发动机联合试车地面试验验证设计。

7. 功能梯度型复合材料应用：使用功能梯度型复合材料实现防热、隔热性能的按需定制与协同。

8. 考虑热/振联合效应：在1500℃极端高温环境下，考虑高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合效应。

通过这些步骤，可以设计出有效的气动加热和隔热系统，以保护航天飞行器在极端条件下的安全运行。相关的研究进展和设计案例可以在专业的航天领域文献中找到，例如在返回式航天器高温隔热材料综述和火星着陆发动机气凝胶材料热防护装置设计等文章中有所讨论。