中文摘要：

本项目将在国际先进、国内唯一的氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中，模拟航天飞行器高速再入大气层时遇到的高温热/化学非平衡现象。采用已建立的红外辐射多元成象探测技术、差比式双线瞬态吸收光谱技术、平面激光诱导荧光技术、紫外-可见光波段瞬态发射光谱技术等多种非接触手段与电离探测手段相配合，对典型飞行器外形，开展系统、深入的高温气动物理的实验研究。获得飞行器周围（自由流、激波层与近尾流）中高焓高速流场的电离特性、辐射特性（尤其红外辐射）及一氧化氮组分密度的有价值的数据及其空间分布规律。与风洞和绕流的一体化数值计算相结合，对高焓高速热/化学非平衡流程序进行验证；探索现行的物理/化学动力学模型的可靠性；探索影响光电特性的主要因素及内在机理；探索反应产物一氧化氮在再入飞行器的光电特性中所起的作用。为新型飞行器突防、通讯中断等有关技术设计提供科学原理方面的依据。

结论摘要：

这项基础研究是在国际先进、国内唯一的氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中，模拟航天飞行器高速再入大气层时遇到的高温热/化学非平衡现象。在地面设备中获得的试验气流速度达到第一宇宙速度的60％，其密度相当于55公里高度的大气密度。在这参数范围，能引发一系列复杂的物理化学过程，包括分子振动激发、氧分子离解、NO组分生成、双原子分子辐射及电离反应等。实验与计算说明气流品质适合于开展有关地面模拟。实验中观测到飞行器壁面不同催化性能对气动热有明显影响、不同化学组分高温气体对俯仰力矩存在影响，均是高温真实气体特有的现象。进一步发展了红外辐射与电离特性探测技术，使之适合爆轰驱动高焓激波风洞，并获得激波层与尾流中红外辐射分布剖面及壁面附近与尾流中的电离特性分布。相应的理论工作对驻室气体、高焓喷管流动、自由流、绕流，进行全过程的数值重建。系统性的数值模拟结果表明，在该设备参数范围，从钝锥到Apollo很大一类航天器外形，在与化学平衡/非平衡有关的模拟准则中，反映复合过程的准则因冻结而退化，反映解离过程的准则成为单一模拟化学反应的模拟准则。它也是再入光电特性的模拟准则，而且已经包括对辐射传输机理的模拟。