鲁少强+李小萌

摘要：当物体以高超声速飞行时，其头部会产生一道非常强烈的弓形激波，激波后的温度非常高，计算激波后的温度，对于再入飞行器表面的热防护有着重要的意义。本文通过数值模拟分析可以看出，等离子体环境将对飞行器产生非常大的影响，例如黑障现象，此外还会干扰飞行器内电子设备的运行，对再入飞行器的壁面产生冲击，甚至烧毁。因此，计算激波后的温度，对于再入飞行器表面的热防护有着重要的意义。

Abstract： When the object is flying in hypersonic， its head will produce a very strong bow shock. The temperature after the shock is very high. Calculating the temperature after the shock wave is of great significance to the thermal protection of the surface of the reentry vehicle. In this paper， through numerical simulation， it can be seen that the plasma environment will have a very large impact on the aircraft， such as the black barrier phenomenon， in addition to， it will interfere with the operation of electronic equipment within the aircraft， and also has impact of the wall of reentry vehicle， or even burned. Therefore， the calculation of the temperature after the shock wave has important significance for the thermal protection of the wall of reentry vehicle.

关键词：高超声速；化学非平衡；数值分析

Key words： hypersonic；chemical nonequilibrium；numerical analysis

中图分类号：TN787 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0087-02

0 引言

当物体以高超声速飞行时，其头部会产生一道非常强烈的弓形激波，激波后的温度非常高，足以使空气中的分子发生离解，甚至电离。这时，量热完全气体模型已经不再适用，真实气体效应非常显著。因此，在求解激波后的温度时，必须考虑化学反应带来的影响。

以“阿波罗11号”为例，1969年7月24日， “阿波罗11号”成功返回大气层。在返回期间，“阿波罗”飞船的飞行速度非常高，实际上达到了脱离地球引力的逃逸速度：约为11.2km/s。假设高度为53km，飞行器马赫数为32.5，这时自由来流的温度为283K，根据量热完全气体求解激波后的温度，可以得出激波层后的温度达到了58128K，高的离谱，这也是完全错误的。当考虑化学反应时：比热γ≠1.4。利用激波后流动处于局部化学平衡的假设，得到激波后温度为11600K[1]。相比之下，温度小了很多，但仍是一个非常高的温度。因此，计算激波后的温度，对于再入飞行器表面的热防护有着重要的意义。……