为完善再入飞行器中的气动热预示方法,提升热防护系统设计精度,文章针对其中典型的大钝头外形进行流动机理探讨,分析了其驻点滞止流动和肩部亚声速区快速膨胀流动之间的相互干扰规律。基于此,通过对大钝头几何参数的无量纲处理,对驻点区域的边界层外缘速度梯度进行修正,进而对驻点热环境工程计算方法进行修正,随后采用修正牛顿理论和等熵膨胀假设获得了大钝头边界层外缘参数分布,并对基于边界层积分的非驻点热环境计算方法进行改进,用于计算大钝头驻点至肩部热环境分布,最终建立了相应的气动热工程计算方法,解释了肩部高热环境的形成机理。通过相关试验的开展和数据分析,对新方法进行验证,并基于气动热开展大钝头外形优化设计工作。

为考察再入过程中壁面催化效应对气动热环境的影响,针对高超声速热化学非平衡流动条件下不同壁面条件(全催化壁面/非催化壁面)对气动加热的影响规律展开了研究。基于热化学非平衡流动特征构造了数值算法,并通过激波-膨胀风洞中开展的高焓高超声速地面试验结果进行了验证,然后考察了不同飞行高度下和典型几何外形下不同壁面条件对气动热环境的影响并分析了其影响机制。研究结果表明在50 km的飞行高度上催化效应明显,此时全催化/非催化壁面条件下热流存在明显差异,这种差异随着高度降低而减小。