一种基于区间可靠性的飞行器热防护系统尺寸优化设计方法，步骤如下：1、数学建模，根据热防护系统结构形式，确定尺寸相关的设计变量，根据温度要求建立防热结构减重优化模型；2、利用区间来定量化描述材料、外载荷和初/边值条件中的不确定性；3、基于区间可能度，对含有不确定参数的温度约束条件进行可靠性转换；4、利用区间有限体积方法，实现结构瞬态温度响应范围的快速求解，变两层嵌套优化问题为常规的单层优化问题；5、对转换后含可靠性约束的单层优化问题进行编程计算，确定最优解，以达到最佳的减重效果。本发明可系统化解决含多源区间不确定性的热防护系统结构优化问题，提高了计算效率，保证了结构使用的可靠性和安全性。