本文研究的主要目的是为了论证在烧蚀热防护中，如果在飞行器头部伸出一根尖头，是否可以挑起头部激波，保护其后的机体，完成热防护任务。过去曾在等离子体风洞中，烧蚀过石墨材料柱体，观察到柱体被烧成尖锥，但是尚不清楚其中烧蚀后退的机制，因此需要开展烧蚀过程的数值模拟。因此本文就围绕高马赫数下，石墨柱体烧蚀变形展开，研究此气固热耦合问题的模拟。
研究方法采用了将各模块拆分的思路。模拟中需要模拟外流场热流、烧蚀界面的后退、材料内部传热，分别对应了气动模块、烧蚀模块、传热模块。关于气动模块，我们分别采用了工程算法，以及CFD++精确求解，比较各方法的准确性。关于烧蚀模块，需要建立石墨材料的烧蚀模型，根据外流的参数，就可以估计表面烧蚀量，本文按照组元浓度迭代求解的思路，完成了烧蚀建模，并编写了Fortran程序。关于传热模块，其需要处理计算域变形，因此需支持边界节点移动，利用ALE方法刷新网格。我们利用商业软件ABAQUS来完成变形处理和温度计算。通过每个分析步循环调用气动、烧蚀和传热模块，来完成时间推进。
通过有实验对比的钝头体再入算例，我们证实了采用CFD++精确计算，最终的模拟结果更贴近实验值。在此基础上，采用CFD++的耦合流程模拟了石墨棒的烧蚀过程，发现了石墨棒会被烧尖，但倾角会越来越小，导致激波范围逐渐缩小，无法保护后方材料。解释了侧翼迎风区烧蚀速率比驻点区更快，是烧蚀变尖的原因。在变形过程中发现存在侧翼背风区，启发了防热思路，可以设法将流线远离表面来减小表面烧蚀。
本文的主要结论虽然给出了伸出尖头时，热防护作用有限的结果，但在研究过程中发现了很多新思路。针对烧蚀极端变形，可能需要开发针对极端变形的网格移动算法。而若想将烧蚀模拟与等离子体风洞对比，则需要对等离子体烧蚀建模，并找出与高速来流烧蚀的相似性关系。此外未来可以考虑喷出气态薄层的主动防热方案。烧蚀模拟的算法也可以考虑向航天设计软件中整合，帮助优化设计。