飞行器在高空高速巡航的工况下,飞行器蒙皮外表面产生的气动热较大。随着红外探测技术不断提高,探测感知的红外信号分辨能力不断提升,其探测距离、识别距离、鉴别距离都有了长足进步,飞行器为实现红外隐身,通过降低蒙皮发射率的方式,依旧难以逃过红外探测设备的监测。故而人们考虑通过降低蒙皮温度,使其达到与环境温度相同的状态,以实现背景融合。本文根据上述背景中大面积、快速响应、稳定时间长的冷却需求,结合喷雾冷却机理及两相流动机理、加热机理、测量系统原理,设计并搭建了轻质薄壳结构大面积喷雾冷却实验台,展开不同热流、不同温区的边界条件下大面积轻质薄壳结构加热面的温度响应测量及分析实验。本文的主要工作如下:首先分析了喷雾冷却雾化过程及液滴、液膜与壁面的相互作用机理,阐述了实验段两相流液体在管路中的流动与传热机理;分析了传统加热方式对快速响应实验提供热流边界的不足之处,进而阐明石英灯非接触式加热及电加热片小热容接触式加热原理;说明了热电偶在辐射加热过程中产生测量误差的因素和红外热像仪测温机理;剖析了实验系统整体控制原理。为搭建轻质薄壳结构大面积喷雾冷却实验台提供设计依据与理论基础。其次根据设计原理对实验系统的部件进行选型验证,包括实验段供液系统、加热系统、测量系统。其中供液系统介绍了喷嘴、冷却剂、储液罐、电磁阀等实验部件的选型及管路、喷雾腔设计与保温,加热系统介绍了石英灯加热、电加热片及调压器的选型,测量系统包括热电偶的选型及安装要点、数据采集仪、红外热像仪及热流计参数,还给出冷却及加热控制部件的控制器参数的设定。最后本文针对低热流密度、高热流密度及不同温区,结合轻质薄壳结构红外辐射特性测试需求,对轻质薄壳结构大面积喷雾高效冷却实验开展原理验证,分析了石英灯加热及电加热片加热的均匀性问题,得出在不同热流密度与不同温区下,轻质薄壳结构外表面温度从初始温度降低至设定温度的温度响应曲线。