罗万清，梁剑寒，杨远剑，赵金山，孙海浩

(1.国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，长沙 410073；2.中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，绵阳 621000；3.哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150080)

0 引 言

飞行器以高超声速在大气中飞行时，其前端空气经强激波压缩形成高温高压气体，分子热运动剧烈，导致气体分子出现振动激发、离解甚至电离等复杂物理化学现象，这种偏离完全气体的效应即为“高温真实气体效应”[1]。在严酷的气动加热环境下，飞行器表面温度会急剧升高，进而影响到材料和结构性能，若不采取合理的热防护措施，将产生不可估量的严重后果。美国历史上航天飞机的两次失事都与气动加热与热防护有关，可见高超声速飞行器防热的重要性。因此，防热材料与防热结构性能考核是高超声速飞行器研制中必须考虑的关键环节[2]。

地面风洞试验作为空气动力学三大研究手段之一，在空气动力学基础研究、飞行器研制、材料性能考核等诸多领域发挥着不可替代的作用。风洞设备类型很多，功能各异，针对的研究问题也不同。在众多模拟高超声速流动的设备中，电弧加热风洞有效运行时间长，同时可以提供较高焓值，可用于开展结构部件或材料热响应等试验研究，成为高超声速飞行器热防护系统(Thermal protection system, TPS)研制中地面热考核试验的主力设备。在航天飞机、太空飞船返回舱等诸多飞行器热防护系统的研制过程中，利用电弧风洞开展了大量的地面试验，发挥了重要作用[3-5]。……