本文在国家自然科学基金（No.52075236）和航空科学基金重点项目（201946030001）资助下完成。高超声速飞行器以快速、精准打击的能力,已成为各国争相发展的重点。飞行器再入大气层时,会穿过等离子体云层,产生剧烈摩擦,使表面温度升高,伴随着空气中存在的粉尘,材料将受到严重的烧蚀,对飞行的稳定性和安全性造成了严重威胁。针对材料的热防护问题,本文综合对比多种地面模拟烧蚀试验的特点,以等离子模拟烧蚀系统为基础,开展等离子射流的数值模拟、等离子射流流场测试及火箭发动机常用C/C复合材料烧蚀试验研究。对等离子射流的数值模拟进行了两方面的理论分析,分别对等离子发生器内部电弧的流动和发生器出口射流的模拟方法进行总结。介绍了氩、氮等离子体在一个大气压下的热力学性质与输运系数的计算,对等离子体射流的温度、速度的相关参数进行了理论分析。对CFD数值模拟的流程及所采用的软件进行了描述。通过模拟研究了湍流氮等离子体射流的流场变化,分析了温度场、速度场的变化趋势和规律,得到了温度、速度、焓值、质量分数等参数的流场分布,对氮等离子体射流的参数分布有了更为详细的研究。并与相关实验数据进行比较,参数分布较为准确,数值模拟的结果对研究等离子射流的参数分布有重要意义。对等离子体地面模拟烧蚀系统进行了硬件分析,并以烧蚀系统为基础,采用可见光高温光谱仪对等离子体射流的温度进行测试;PIV粒子测速仪对速度进行测试;热流密度仪对单位时间的热流密度进行了测量计算。通过多项测试来确定流场参数,为后续材料的烧蚀试验提供了相关工况依据。以粒子浓度和烧蚀时间为变量开展了多相流环境下轴编C/C复合材料的等离子烧蚀试验,采用的固相颗粒为Zr O2颗粒。测量计算材料的烧蚀率,在扫描电镜下观察材料的微观形貌,分析各向碳纤维、碳基体的烧蚀行为。并对轴向碳纤维、径向碳纤维表面经颗粒碰撞产生的聚集物进行了能谱分析,得到其元素组成,研究颗粒浓度和烧蚀时间对材料烧蚀性能的影响。多相流条件下的等离子烧蚀试验,更能模拟材料在实际环境中受到的极端环境,得到的实验数据和结果对等离子环境下轴编C/C复合材料的烧蚀研究具有指导意义。同时,该烧蚀试验方法也适合对多种防热材料进行评估。