高温气体介质微团形态的物理化学变化，通过热力学、热传导、热辐射、气动光学等过程显著地改变了高温气体宏观流动规律，也改变了高超声速飞行器的气动力/热特性，是高超声速飞行器设计必须解决的关键问题。在该研究方向，实验室的主要研究内容包括四个方面。

(1)  先进的高温气体流动模拟试验技术：根据高超声速科技不断发展对高超声速流动实验模拟研究的需求，发展先进的高超声速试验装备和测试技术，提高实验模拟研究高焓热化学反应流动的能力。

(2)  高温反应气体流动机理：通过实验研究与理论分析，揭示高温分子微团的解离、复合、电离等物理化学变化及其对宏观流动的影响，完善高温反应气体物理模型，探索高温气体流动的普遍规律。 

(3)  高超声速流动气动力/热规律：通过研究激波相互作用、高超声速边界层发展与转捩、高温气体效应、表面催化与复合过程，获得高超声速飞行器的气动力/热规律。 

(4)  高超声速飞行器热防护技术：开展高超声速飞行器减阻防热新概念的探索，研究流场重构对高超声速飞行器气动力/热的影响规律，发展气动热主动控制与被动防护相结合的高超声速飞行器减阻防热技术。