结构热响应是指结构在高温环境下的动力学响应问题，即结构固有特性受温度的影响程度分析。飞行器在高超声速环境下飞行时，常常伴随产生气动加热等复杂的现象，且会引起高焓、中低热流密度和长时间热动态载荷等流动特征，使得飞行环境严重恶化，给飞行器的结构带来重大考验；同时，现代飞行器的不断发展使得大推重比成为高超声速飞行器的重要的发展趋势，从而使得飞行器上薄壁结构的应用越来越多。在气动加热环境下，薄壁结构受到的影响更为显著。气动加热所产生的高温常常使得薄壁结构的振动特性，即固有模态频率及振动幅度，发生显著变化，从而导致薄壁结构产生失稳、高温蠕变等现象，进而危害飞行器的安全飞行。所以薄壁结构的气动加热问题是制约高超声速飞行器发展的关键问题之一。气动加热对结构的影响主要表现为其产生的热流会使得结构的表面温度骤然升高，随着时间的递进，其表面热流会逐渐传递到结构内部，最终使得结构内部温度升高，从而影响结构整体的动力学性能，主要表现为对结构的刚度的影响，即结构刚度在高温情况下会产生变化。而结构刚度决定了结构的动力学特性，如振动模态频率与振动幅度等，所以结构刚度的改变就意味着结构动力学性能的改变。如果气动加热所产生的热流使得结构的刚度大幅度降低的话，将会给飞行器带来非常大的危害。热环境下的结构热模态分析能够反映热对结构性能影响的程度，是分析气动加热尤其是长时间持续气动加热对结构性能影响的重要分析方法。所以为了分析薄壁结构在气动加热环境下的结构热响应问题，需要在气动加热环境下对薄壁结构进行热模态分析，并与常温下结构模态进行对比，从而预测不同热载荷对结构动力学特性的影响程度。本文首先使用课题组内自主开发的程序模拟了持续气动加热环境，即得到了与真实环境比较接近的结构壁面热流，为结构热响应问题提供了比较真实的热载荷，从而使得结构热响应分析的结果尽可能地接近真实情况。其次，在得到结构壁面热流后，针对高超声速飞行器上的典型薄壁结构开展了热模态计算研究，分析了结构在冷壁热流及通过流-固耦合法解算的热壁热流两种载荷条件下的温度场及前三阶模态的振动幅度与固有频率的变换情况。最后，分析了三种典型薄壁结构在高超声速巡航状态环境下的结构温度场及结构热响应问题。同时，模拟了一个完整的飞行轨道环境，并且分析了类弹翼结构在飞行轨道环境下的温度场与热响应问题。由计算结果可知：采用流-固耦合算法解算的热载荷适用于持续气动加热环境下的结构热分析及热模态分析；在气动加热环境下，结构的局部温度会有较大的升高，使得结构内部产生热应力，并且结构的固有频率随着结构温度的升高而逐渐降低。结构热响应分析对有利于深入了解气动热与防热结构之间相互影响的耦合动态过程，是设计高超声速飞行器时使用的重要分析方法之一，其分析结果对于高超声速飞行器防热结构的选材、设计与测试具有重要的参考价值。