热防护是火箭发动机设计中的重要环节，特别是随着高能推进剂的使用和冲压发动机的发展，发动机内燃气温度越来越高、速度越来越大，热防护材料所处的热环境更加恶劣，对发动机进行可靠的热防护成为发动机研制中的关键问题。烧蚀热防护方式由于其结构简单、经济性好、可靠性高，被广泛用于发动机燃烧室、喷管的热防护系统中。烧蚀热防护材料的传热烧蚀过程计算综合了多个学科，涉及流体力学、燃烧学、传热传质、数值传热学、热化学、固体力学等。本文以火箭发动机喷管中的绝热层为研究对象，对材料在喷管高温高速燃气下的传热烧蚀特性进行了研究。本文的主要研究内容为:　　(1)从边界层理论和气流剪切两个方面，分析了超声速气流下绝热层材料的烧蚀机理，研究了气流速度对燃气边界层的影响，并针对碳化类烧蚀热防护材料的烧蚀特性，建立了包含原始材料层、热解层、烧蚀层的烧蚀模型。　　(2)对烧蚀材料随温度变化的层间剪切强度进行了研究，探讨了不同加热过程、微观结构对层间剪切强度的影响。由TG/DSC实验研究，对烧蚀材料的热分解过程做了分析，得到了材料的热分解动力学参数。　　(3)对复合结构喷管绝热层的传热烧蚀过程进行了研究，计算了温度场和应力场。针对碳化类烧蚀材料的特性，在烧蚀热环境分析中考虑了热分解加质对流场的影响;对复合结构喷管进行了热—结构耦合分析，揭示了其中热应力和结构应力的耦合机理。　　(4)采用整场离散、整场求解的方法，将喷管中燃气的流动与固相传热进行耦合计算，考虑了固体内部温度变化对对流换热的影响，实现了喷管流动-传热过程的双向耦合。　　(5)提出了一种表征喷管烧蚀形貌的新方法，通过三维激光扫描仪结合编制的三维形貌重构软件，获得了喷管内型面的三维烧蚀图谱，实现了对烧蚀形貌的全面、细观研究，有助于更准确的评估热防护材料及热防护结构的合理性。