金属蜂窝热防护结构因其具有质量轻、隔热性能良好、节省材料等优点，被广泛地应用于航空航天热防护领域，尤其是大量应用于再入式运载器的热防护，因此对蜂窝结构的传热机制的研究对于金属热防护系统的热设计具有十分重要的意义。本文在国内外对金属蜂窝传热特性研究的基础上，基于蒙特卡洛法和热网络法建立了金属蜂窝结构的导热辐射换热耦合传热计算模型，研究分析了气动加热条件下金属蜂窝非平衡瞬态传热特性；探究了双层蜂窝平板的传热特点；以及结合气动热工程算法，研究了三维蜂窝球锥包覆体的传热特性。论文主要包括：(1)建立六边形蜂窝平板的传热计算模型基于蒙特卡洛法和热网络法建立了六边形蜂窝平板的导热辐射换热耦合传热模型；对蒙特卡洛法建立的辐射换热模型进行了验证，对热网络法建立的导热辐射耦合换热模型进行了验证。计算了六边形蜂窝平板在恒定高温气动加热和变热流气动加热两种条件下的瞬态温度响应，并对以往文献的结论进行了验证。(2)单层蜂窝平板传热特性研究建立了四边形、三角形、圆柱形三种蜂窝元胞形状的蜂窝平板的传热模型，通过传热算例对不同形状的蜂窝平板进行对比，分析不同形状的蜂窝平板的传热特性，探究“多胞结构”的孔隙率对传热特性的影响。(3)双层蜂窝平板传热模型及传热特性研究将不同形状的单层蜂窝平板组合成双层蜂窝平板，利用空间插值的方法将两个独立的单层蜂窝平板建立起联系，从而建立双层蜂窝平板传热计算模型。通过气动加热条件下的的传热算例，将双层蜂窝平板与单层蜂窝平板的传热特性进行对比，分析是双层蜂窝平板热防护性能的优势及传热特点；比对不同组合的双层蜂窝结构的传热特点，探究双层蜂窝组合结构的优化。(4)金属蜂窝结构三维传热特性探究利用映射法，通过坐标转换建立三维蜂窝球锥包覆体的传热计算模型，并对模型进行了校验；采用高超声速气动热工程算法，模拟三维球锥在高超声速飞行时的气动热流，探究三维蜂窝球锥包覆体在高超声速飞行情景下的传热特性。