为满足对固体火箭动力系统在推力、尺寸等方面越来越高的要求,具有大长径比、高模数、嵌金属丝、承受非轴向过载等特征的固体火箭发动机正得到越来越多的应用。但是,具备上述特征的发动机常受到非均匀燃烧效应的影响,现有手段难以对其燃面退移过程和内弹道作出精确预示。为了提高预示精度、缩短设计周期,本文提出了一整套适用于动态非均匀燃速环境的燃面退移算法和燃速模型-燃面仿真耦合算法,实现了对这类发动机的燃面退移仿真与内弹道性能预示。使用本文所提出的基于水平集方法的非等距燃面退移算法,能够在复杂装药上基于动态不均匀燃面退移速度场执行燃面退移计算,理论上适用于一切现实中存在的发动机药柱和燃速模型。为克服水平集方法运算量较大的缺点,本文在燃面退移算法中提出和应用了多种算法简化和加速技术,在降低绝对运算量的同时提升了计算效率,最终大大缩短了燃面退移仿真所需的时间。考虑到笛卡尔网格上燃面退移运算速度快但难以进行耦合计算的限制,本文将基于水平集方法的燃面退移算法移植到了非结构网格上,并为此新提出了包括空间离散格式、梯度估计方法等在内的一系列算法,基本消除了水平集方法用于非等距燃面退移仿真时所出现的抹平效应,保证了对含有尖锐几何特征药柱的仿真精度。此外,本文还研究了将上述燃面退移算法与燃速模型相耦合求解的方法,实现了实时抽取几何、边界条件,结合动态燃速模型（侵蚀燃烧、嵌金属丝、旋转过载）耦合计算后再将反馈燃速场这一完整流程。基于以上成果,本文最终解决了固体火箭发动机在非均匀燃烧工况下内弹道性能预示不准确的难题。本文使用一系列具有解析解的问题和两组来自真实发动机的实验数据,对所提出的算法进行了全面验证。计算效率测试显示,加速后的算法效率相对常规算法有显著上升,进行单次燃面退移仿真仅需约25分钟;验证数据显示,本文方法可以准确预示相应发动机的动态非均匀燃面退移过程和内弹道曲线。