La estructura de combustión de superficie de fibra metálica tiene las características de una fuerte capacidad de adaptación térmica, un corto tiempo de respuesta y una gran adaptabilidad de forma. Tiene más ventajas en la prueba térmica de la entrada de superficie de vehículos hipersónicos complejos, el borde de ataque, etc. En este artículo, se propone un método de prueba de simulación térmica aerodinámica basado en la combustión de superficie de fibra metálica. El objetivo del estudio era crear un flujo de calor objetivo uniforme en la superficie de la pared interna de un espécimen cilíndrico al igualar la tasa de flujo del chorro de gas y la geometría de la superficie de combustión. La investigación adoptó el método de diseño de optimización basado en el modelo sustituto para establecer el modelo de cálculo numérico de un espécimen de cilindro calefaccionado por chorro de combustión de fibra metálica. Se obtuvieron cien puntos de muestra a través de muestreo de hipercubo latino, y se estableció una base de datos de parámetros de diseño y flujo de calor a través de simulación numérica. Se adoptó el modelo sustituto de kriging y el algoritmo de optimización genética de secuenciación no dominada con estrategia de élite. Se llevó a cabo un diseño de optimización bi-objetivo con el objetivo de optimización de la coincidencia entre el flujo de calor predicho y el flujo de calor objetivo en la pared interna del espécimen. Los resultados mostraron que los errores relativos promedio de la densidad de flujo de calor en la superficie del espécimen fueron del 8.8% y del 6% a través de la estrategia de validación cruzada de dejar uno fuera y la validación de seis puntos de muestra de prueba, respectivamente. Los valores de error relativo en la mayoría de las regiones estaban dentro del 5%, lo que indica que el modelo sustituto de kriging establecido tiene una alta precisión de predicción. Bajo las condiciones de solución óptima, los resultados del cálculo numérico del flujo de calor en la pared interna del espécimen coincidieron bien con los valores de flujo de calor objetivo, con un error relativo promedio de menos del 5% y un valor máximo de menos del 8%. Estos resultados muestran que el método de diseño de optimización basado en el modelo sustituto de kriging puede igualar eficazmente los parámetros de prueba térmica de las estructuras de combustión de fibra metálica.