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高超声速飞行器飞行过程中与大气发生剧烈摩擦,会在头部前方形成强弓形激波。由于激波强烈压缩,激波层中气体温度很高,使空气分子离解和电离,同时产生了热辐射效应。热辐射不仅关系飞行器的热防护问题,而且激波层及光学窗口热辐射也是光学系统的红外干扰源。对激波层光辐射特性研究的前提要得到飞行器的非平衡绕流场,而直接模拟蒙特卡洛方法从微观角度直接模拟气体流动的本质,可以实现对高温高焓非平衡流场的正确模拟,是目前模拟高速飞行器稀薄气体绕流的强有力手段。因此本文的工作可分为两部分,首先基于直接模拟蒙特卡洛法对高超声速热化学非平衡绕流进行了模拟,然后在流场模拟的基础上研究飞行器壁面上光学窗口受到流场的红外辐射特性,并进一步计算得到了流场辐射、介质辐射及总辐射强度在光学窗口下表面的空间及平面分布。(1) RAM-CII飞行器热化学非平衡绕流DSMC模拟以DSMC方法作为模拟手段,采用变径硬球模型、CLL分子壁面作用模型、Larsen-Borgnakke模型等对RAM-CII飞行器二维轴对称绕流场进行了模拟,主要研究了61km和71km飞行高度条件下分别采用5组元和11组元空气模型时的流场特性,包括流场温度、组分分布以及沿飞行器壁面的切应力、热流及压力分布。(2)激波层及光学窗口红外辐射传输特性模拟仍然以RAM-CII飞行器作为研究对象,对其在25-45km共五种飞行高度下的绕流场进行模拟,根据高温非平衡空气辐射机制并利用本单位已有程序计算得到流场的吸收发射系数,然后采用视在光线法方法得到流场对钝体侧面光学窗口在3-5μm波长区间的红外辐射强度,进一步计算流场辐射及窗口介质自身辐射在窗口材料中传输特性,得到窗口下表面的流场辐射、介质辐射计总辐射强度的空间、平面分布特性。