刘景源

(南昌航空大学飞行器工程学院，南昌 330063)

0 引 言

发展具有高超声速巡航能力、可重复使用的新型天地往返运输系统及在大气层内的高超声速飞行器已经成为航天航空强国技术储备中需要研究的关键课题[1-2]。真实气体效应及壁面热流是高超声速飞行器空气动力学的关键问题[3]。真实气体效应和表面催化效应的共同作用对高超声速飞行器的气动加热将产生十分显著、复杂的影响。作为吸热反应的离解反应将显著地降低激波层内气体的温度；但表面催化效应所导致的复合反应放出的热量使飞行器表面热流急剧增加[3-4]。此外，真实气体的辐射效应对高超声速飞行器壁面的热流也有一定的影响[5]。

随着来流马赫数的提高，高超声速来流的总焓逐渐增大，并且来流的动能在总焓中的比重逐渐变大。经高超声速飞行器绕流的激波后，虽然总焓不变，但气体的速度降低，动能转化为静焓，导致飞行器头部附近的波后温度大幅度升高。在飞行器的中后部，虽然激波强度有所降低，波后温度有所减小，但是高速流动的流体与壁面的剪切功导致边界层内的温度急剧升高。波后及边界层内的温度升高激发了空气分子的转动、振动及电子能等能量模式(根据波后的温度不同，所激发的能量模式可能为一种或几种)，并可导致空气的离解及电离，离解过程和振动之间存在耦合，并且壁面可能为完全、有限和非催化壁面[3]。同时由于空气的离解及电离，导致了气体组分的改变。……