姜宗林

(1.中国科学院力学研究所 高温气体动力学国家重点实验室,北京 100190;2.中国科学院大学 工程科学学院 宇航工程科学系,北京 100049)

0 引 言

高超声速高焓气体流动主要是指一类动能极高的化学反应气体流动。1946年钱学森在《Similarity laws of hypersonic flows》高超声速流动相似律的论文中首次使用“Hypersonic”(高超声速)这个术语来描述气体速度远远大于环境声速的流动状态[1]。现在，关于高超声速高焓流动的研究已经成为具有鲜明学科特色和重大需求背景的气体动力学的前沿学科[2]。作为学科发展所依赖的基础研究手段，高超声速高焓流动试验技术主要指用来产生高总温和高总压试验气流的风洞试验技术，并包含一类有针对性发展的流动测量技术以满足高超声速飞行器气动特性研究的需求[3]。

高超声速高焓气体流动的特点是气体介质的动能大、滞止温度高。关键气动物理现象及其对飞行器气动性能的影响最早发现于空天飞行器大气再入过程中，诸如宇宙飞船和航天飞机。这类飞行器在大气层里以高超声速飞行时，强烈的头部激波和黏性摩擦阻力，使得飞行器周围的空气被加热到数千度、甚至上万度的高温。高温导致了空气分子的振动能激发、解离、甚至原子电离，使得普通空气变成一种随着气体温度变化而不断进行着热化学反应的复杂介质。高焓流动介质的本质变化改变了气体介质的本构，孕育并推动了高超声速与高温气体动力学的发展[4]。高……