本文以高超声速飞行器机身结构为应用背景,针对7200s大热流的使用要求,将飞行器机身的承载结构和热防护系统的防隔热结构结合在一起,开展高超声速飞行器波纹夹芯机身结构方案的探索研究,分析波纹夹芯结构应用于高超声速飞行器大面积机身的可行性。主要对平面与曲面两种构型从防隔热特性以及承载特性等方面进行分析对比,为高超声速飞行机身结构设计与方案选择提供参考依据。本文首先对高超声速飞行器的承载以及热环境进行分析总结,提出波纹夹芯一体化热防护结构方案要求。通过对常用夹芯结构在防隔热性能、承力性能以及结构效率三个方面进行分析对比,确定了本文采用的波纹夹芯结构方案具体形式。最后分析其结构特点,指出需要研究的关键技术问题。建立了平面机身波纹夹芯平板热防护结构传热与热力耦合有限元分析模型,对其防隔热性能与热力耦合性能进行分析,研究了隔热层厚度对下面板温度的影响,发现增加隔热层厚度只对短时间的热防护有效。同时针对结构中存在的热短路以及热不匹配现象,从材料及结构参数选取等方面进行分析,提出改进方案,取得了较好的效果。建立了曲面机身波纹夹芯热防护结构传热与热力耦合有限元分析模型,对比了平面构型与曲面构型波纹夹芯一体化热防护结构在传热分析方面的不同。通过对冷壁热流进行修正对曲面机身结构温度场、应力、挠度以及屈曲特征值进行分析,分析研究腹板个数以及减重孔个数对结构性能影响,最后给出了7200s飞行时长下结构参数。论文对波纹夹芯一体化热防护结构进行了系统的研究,分析应用于高超声速飞行器机身的可行性以及存在的问题,深入探讨了不同材料以及结构参数的影响,对高超声速飞行器热防护波纹夹芯结构方案设计具体一定参考价值。