高超声速再入飞行器的性能优势及巨大经济、军事应用价值使它成为未来航天领域中最具潜力的技术之一。但高速飞行所带来的气动阻力及气动热问题使得飞行器工作性能急剧下降,高超声速飞行器在实际应用中面临严峻的挑战。因此,对高超声速飞行器减阻防热系统的研究显得尤为重要。本文主要采用数值模拟与基于代理模型的参数化优化相结合的方法对减阻杆与逆向喷流组合热防护系统进行研究,以获得高超声速再入飞行器中高效可行的减阻防热方案。首先,文章分别介绍了国内外研究团队对高超声速再入飞行器减阻杆、逆向喷流及减阻杆与逆向喷流组合热防护系统的实验、数值模拟研究的研究现状并对基于代理模型的优化方法在飞行器气动设计上的常见应用进行了概述。其次,基于公开文献中的单一减阻杆、逆向喷流系统实验模型对数值模拟方法进行了合理性及有效性验证。利用不同的湍流模型对不同第一层网格高度下的单一减阻杆、逆向喷流模型进行仿真计算,在将数值计算结果与公开文献中的实验数据进行对比之后,得出在本文的条件下,利用单方程S-A模型对网格雷诺数为5左右的网格模型进行仿真计算时的模拟精度最高的结论。然后,对减阻杆与逆向喷流组合热防护系统进行了详细的参数化分析。研究了主要影响因素(减阻杆长度、减阻盘直径、逆向喷流喷嘴直径、逆向喷流总压比)变化时对组合体减阻防热效果及飞行器周围流场的影响。得到的结果表明,单独改变减阻杆长度、减阻盘直径时,组合体的减阻防热效果不是线性增强的;而考虑到飞行器的工作稳定性与机动性能,逆向喷流总压比及喷嘴直径不能过大。最后,在参数化分析的基础上,利用基于代理模型的优化算法对减阻杆与逆向喷流组合系统构型进行优化。通过目标函数的选取、设计变量范围讨论、正交试验设计选取样本点、代理模型建立及利用非支配排序遗传算法、多岛遗传算法的优化等步骤得到了最优组合体构型。将优化后的结果与同等来流条件下的纯钝头飞行器及加装单一减阻杆、逆向喷流系统时的气动阻力、气动热性能指标及飞行器周围流场分布进行对比发现,优化后的减阻杆与逆向喷流组合热防护系统下激波被推出的距离更远,钝头体周围流场受回流区影响的范围更大,组合热防护系统下钝头体头部壁面总阻力系数及热流更低,减阻防热效果相较单一减阻防热方案有明显提升。