本文以高超声速飞行器为应用背景,开展基于热电转换技术的多功能结构的总体方案研究和力学分析、传热分析、热电转换分析。将承力、防/隔热和能源供应系统组合在一起,实现利用飞行器气动热发电并提供电能的目标,在高超声速飞行器热防护系统设计方面迈出重要一步。本文进行了多功能结构总体方案要求和关键技术分析,讨论了基于三种热电转换装置的多功能结构方案,着重研究了半导体温差热电转换装置嵌入金属热防护系统结构方案,并进行了方案的可行性分析。建立了多功能结构主承力部件和半导体温差热电转换装置的力学模型,采用Ansys结构模块,进行了蜂窝夹芯结构力学参数分析、多功能主承力结构和半导体温差热电装置结构受力分析。建立了多功能结构有限元分析模型,进行了多功能结构的模态分析。建立了基于热电转换技术的多功能结构传热分析模型,给出了蜂窝结构等效导热系数的计算方法,进行了多功能结构的传热分析,对比了有无热电转换装置的多层结构温度分布及温度随时间响应情况,进行了整体结构的温度分布分析。分析了热电转换装置的能量传递和转换过程,研究了转换效率和输出功率的影响因素,并进行了系统的不可逆热力学过程分析,研究了热电转换装置的等效导热系数,建立了热电单元的有限元模型,给出了Ansys软件模拟热电单元的过程,分析了基于热电技术的多功能结构热电转换性能。