高超声速飞行器的气动加热问题一直是航天领域的热点难点。气动加热关心的是局部峰值热流，一般的，峰值热流会出现在驻点或分离-再附流动的再附点后，其正是飞行器热防护设计重要依据。然而，目前不管是模型实验还是CFD计算都很难可靠地进行预测。因此，从理论上分析气动加热的物理机制，并找到峰值热流的预测方法具有重要的理论以及工程应用的意义。　　 本文的重点是研究壁面分离-再附产生热流峰值的模型理论及其机理。当前的近空间高超声速飞行器，构型复杂，伴随着激波-激波干扰、激波-边界层干扰等现象，在其表面有多处形成分离-再附流动，出现高热流，如何准确地确定峰值热流值及其位置，当前需求迫切。但是迄今鲜见有理论可循。　　 现概述一下本文的技术路线。众所周知，前人对出现分离-再附流动的流场结构已建立了许多基元模型，如压缩拐角、激波入射边界层、凸起物、方腔、前台阶和后台阶等等。观察到，在若干基元模型中再附点邻域的流场结构和传热过程彼此相似，因此可以建立一个具有普遍性的气动热力学模型，称为广义物理模型。本文的做法是对该流域的近壁面黏性层进行求解，所需外缘边界条件是两个运动学参数，即外缘的涡量和流动倾斜度，由此得到了包含这两个参数的旨在预测峰值热流的解析理论结果，称为广义物理模型理论。然后，将该理论应用于压缩拐角和激波入射平板边界层两个基元模型，分别建立外缘参数涡量和流动倾斜度与来流参数间的工程近似解析式，这些来流参数包括马赫数、雷诺数、壁温比、压缩拐角的角度和入射激波的气流偏转角，这样就分别建立了这两个基元模型的峰值热流大小及其位置的工程理论。　　 下面叙述本文给出的新方法和新结果。　　 一.广义物理模型及其理论分析方法　　 1.根据各基元模型再附点邻域流场结构和近壁面传热过程相似这一特征，提出了广义物理模型，即在再附点邻域建立具有普遍性的气动热力学模型。本文观察到了其流场结构和传热特征为:分离点后有一股高焓高速的自由剪切层气流射向再附点附近，产生斜驻点气动加热。　　 2.在再附点邻域（有奇性），本文采用三层结构理论的概念，将其拓展至传热问题。本文的做法是:导出并求解黏性内层的控制方程组（其中包括能量方程），其外缘条件采用斜驻点模型的运动学关系式。由于能量方程无法变换为常微分方程，解出峰值压强相对于再附点的位置。　　 3.为了确定峰值热流的位置和大小，可以运用对粘性内层中各个量作量级分析的方法，简化压强和边界层厚度关系式，导出动量积分方程和雷诺比拟关系式，综合起来发现边界层厚度极小值、压强峰值位置和热流峰值位置是一致的，且得到峰值热流与峰值压强的平方根成正比关系;由此峰值热流位置得以确定;再分析峰值热流与各无量纲量的量纲关系，最终得到峰值热流与峰值压强的比拟关系式，与前人拟合的关系式一致。　　 二.广义物理模型理论揭示的流动物理　　 1.该理论证实了高气动热来源于分离点后的自由剪切层。该层是一股高焓高速气流，倾斜冲向再附点附近，形成斜驻点流动，在其邻域出现峰值热流。　　 2.峰值热流位置距再附点的距离Lpk取决于黏性层外缘的两个参数:一为涡量ζ，二为流动倾斜度κ。由于自由剪切层是旋涡流动，这就证明了峰值热流位置是偏离再附点的。　　 3.峰值热流值与峰值热流位置距再附点的距离相关，即峰值热流值与涡量和流动倾斜度相关。　　 三.两个基元模型的工程理论工程理论是要确定峰值热流值及其位置与来流参数间的关系。各基元模型工程理论中，主要是要建立ζ和κ与来流参数的关系。　　 1.峰值热流位置相对于再附点的距离Lpk的求解需要两个外部条件，即黏性内层外缘的涡量ζ和流动倾斜度κ。该处涡量可通过与分离点前边界层参考厚度间建立关系而导出。该处流动倾斜度需在不同基元模型中分别求解，为理论求解流动倾斜度，压缩拐角模型是在中等拐角条件下，激波入射平板边界层模型是在中等强度的入射激波下分别建立斜激波系，求解得到各自的流动倾斜度;因此，Lpk可以由来流参数来确定。　　 2.峰值热流值的求解需要知道峰值压强值、参考压强和参考热流值。峰值压强值可以由量纲关系式拟合出来;参考压强值由弱黏性干扰理论给出;相应的参考热流由平板的热流公式（参考焓方法）得到。这样，峰值热流值也能从来流参数得到。总之，基于广义物理模型，得出压缩拐角和激波入射平板边界层这两个最典型基元模型气动热预测的工程理论。　　 四.工程理论揭示的物理规律对于压缩拐角模型，峰值热流值及其距再附点的距离Lpk均与壁温比、拐角角度、雷诺数和马赫数相关。Lpk随着拐角角度的增大而减小，随着壁温比的增大而增大，随着雷诺数的增大而减小，与马赫数并无明确相关关系。峰值热流值随着壁温比的增大其值变化不大且其趋势并不明确;随着拐角角度和马赫数的增大而增大;和雷诺数近似无关。另外，激波入射边界层模型可以与压缩拐角模型进行类比，只要将入射激波的气流偏转角替换为压缩拐角模型中的拐角角度即可，其变化规律与压缩拐角模型相同。　　 五.前缘驻点气动加热的相容关系驻点传热问题可以认为是壁面分离-再附产生高气动热问题的一个特例。驻点峰值热流的计算结果存在很大不确定性，前人从计算技巧上已做过诸多努力，但效果不大。思路是找到驻点流动的本质因素，并让CFD计算满足这些条件，进而改善计算的精度。故着重分析壁面法向即沿驻点线方向的流动特征，这更符合气动加热问题的特点。引进极坐标，从Navier-Stokes方程组出发，利用流动的对称性以及在大雷诺数条件下，得到近壁面沿驻点线以及驻点处的简化控制方程组，将其作为相容关系，是驻点传热问题必须满足的条件。