喷管作为火箭发动机能量转换装置,在工作过程中需要承受高温燃气的冲刷,工作环境非常恶劣,喷管工作时间越长破裂烧穿的风险越高,导致发动机失效甚至爆炸。复合结构喷管由于具有良好的抗烧蚀性能以及质量轻的特点而广泛应用于航空航天领域,其烧蚀过程是一个复杂的物理化学变化,涉及多个学科的交叉融合。本文采用实验与数值仿真结合的方法,对复合结构喷管的传热及烧蚀特性进行了研究,主要工作如下:（1）针对复合结构喷管耦合传热特点以及喷管耐烧蚀层的体积烧蚀和表面烧蚀现象,开发了一套耦合传热程序,程序采用有限体积法对流体域求解Navier-Stokes方程,对固体域求解热传导方程实现仿真计算。流体域湍流模型采用k-ωSST湍流模型,界面重构采用3阶MUSCL方法,无粘通量采用AUSMPW+格式计算,粘性通量采用中心差分格式,采用Jocabian变换计算。通过保证耦合壁面热流密度大小相等、温度连续的方法实现耦合传热。在以上仿真计算方法的基础上建立了基于热解动力学的变热物性模型描述碳/酚醛材料的体积烧蚀,并采用简化的异相反应模型对喷管热化学烧蚀量进行计算。针对喷管壁面退移特征,采用弹簧近似法求解壁面退移后生成的网格,使用二维局部Lagrange多项式插值方法对烧蚀后的固体域进行重构。热解以及烧蚀产生的燃气组分以及流动参数变化通过在控制方程中添加源项实现。并利用经典算例对仿真程序的各个功能的可靠性分别进行了验证。（2）使用激光烧蚀装置对C/C复合材料在不同压强下的热化学烧蚀进行了研究,并采用扫描电子显微镜研究烧蚀前后微观形貌变化。设计加工了一型固体火箭发动机,并进行点火实验,在实验中使用热电偶获得其表面温度,实验后对其进行剖分获得热解层厚度分布,通过与仿真计算结果对比进一步证明了仿真计算方法的可靠性。（3）通过数值模拟,研究了喷管与燃气的对流换热规律。基于喷管固体域温度分布,获得喷管耐烧蚀层热物性参数在时间及空间上的分布,以此得到发动机工作过程中热解层、炭化层厚度变化。仿真计算中通过壁面温度及壁面处反应物分压实时计算内壁面各处的热化学烧蚀速率,并通过对时间积分求解得到烧蚀量在空间及时间上的分布,仿真结果显示热化学烧蚀吸收大量热量,导致内壁面温度发生下降,烧蚀速率分布不同导致吸热量不同。由于喷管碳/酚醛材料与C/C复合材料热物性参数差距较大,在交界位置会发生热量交换,在表面处热量由碳/酚醛材料传递到C/C复合材料中,材料内部热量由C/C复合材料向碳/酚醛传递,因此在交界区域附近碳/酚醛材料热解层厚度较大。本文对复合结构喷管传热及烧蚀特性的数值仿真方法和数值结果,对喷管的热防护设计具有一定的参考意义和工程应用价值。