在过去的半个世纪里，由于复杂的空气动力学、高温和与之相关的应力，高超音速飞行一直是一个有趣的研究领域。高超音速飞行涉及马赫数大于5.5的材料，简单地说，是超过声速的5.5倍。在如此高的速度下，机身和飞机的其他结构部件受到了巨大的热应力和空气动力学应力。这就需要使用具有优异拉伸和热性能的材料，以及功能化的特殊涂层和特定的设计方法，以确保结构强度和耐久性。传统上，热通量技术用于确定高超音速飞行器可重复使用的热防护系统（TPS）的厚度。通常，TPS厚度不均匀，它在经过TPS流动的下游方向呈向上逐渐减小趋势。TPS的冷却是通过被动源实现的，主要是热表面辐射。科学和飞行器工程中面临的重大挑战是难以准确、可靠地预测层流-湍流过渡区的位置和范围。这种过渡转变会显著影响热负荷（从而影响结构重量）、粘性阻力和发动机进气口的起始流量。目前，有记录的高超音速飞行的飞行器表面温度约为2500°C。这个值明显高于钢和钛等坚固金属的熔化温度。然而，在高超音速武器上有效处理外部热量只是一个挑战，而由于内部存在发热电子设备，这一挑战变得更加复杂。高超音速飞行的材料要求与飞行器的设计和飞行包线有关，这带来了两个主要的环境挑战。第一个是受飞行器几何形状和位置影响的热负荷，第二个挑战是高氧化条件，导致材料性能（氧化）和几何形状（烧蚀）的改变。由于O2和N2在超过3000°C的气相温度下分解为自由基，因此对高超音速飞行的材料要求变得更具挑战性。这些极端条件会导致高度反应性的表面化学相互作用，造成飞行过程中材料降解、微观结构变化、相形成和性能变化。材料设计者面临着严峻的挑战，尤其是在设计直接暴露在空气热条件下的前缘表面，以及在无法进行辐射冷却的推进流道中。通过热力学模拟有效地进行了初步材料选择。模拟涉及施加在部件上的特定材料特性和条件（如热通量和停滞温度），以计算产生的热分布。随后，将该轮廓用作计算热应力的边界条件，这种筛选在确定高超音速飞行过程中表面的最高温度是否超过材料的熔点或在给定温度下热应力值是否远大于材料的流动应力方面证明是有价值的。什么是用于高超音速飞行的新型超高温陶瓷基复合材料？超高温陶瓷基复合材料（UHTCMC）是一种新型复合材料，它可以承受高温冲击和临界机械应力。这一创新类别结合了轻质陶瓷基复合材料，以其高抗热震性和韧性而闻名。此外，这些超高温陶瓷在超过特定温度时也表现出较低的侵蚀性。这种复合材料为各种规模的结构实验调整和定制提供了灵活性。值得注意的是，它们的独特之处在于利用了先进的工艺，简化了合成时间并降低了成本。在特定条件下，UHTCMC表现出在初始损伤扩散之前修复初始损伤的能力。当陶瓷材料受到热应力时，纳米级物质的掺入促使其外部形成固体保护层，内部形成液相，促进了缺陷的愈合。这种自愈特性增强了火箭多次再入的可重复使用性。综上所述，高超音速飞行要求很高；它可能导致严重的高温和热应力，这就需要使用具有特殊质量的材料。用于机身及机身结构的高强度材料正在被广泛研究。随着时间的推移，研究人员正在开发通过现代技术制造的新材料，以不断提高高超音速飞行的性能。
