在高超声速飞行器飞行过程中,头部周围空气被剧烈压缩,动能转换为内能导致绕流场温度急剧升高。在高温下空气中的原子分子会发生复杂的化学反应,伴随着这些化学反应辐射出的强烈紫外光谱对于天基地基的紫外探测与拦截预警有重要的研究意义。影响紫外辐射计算结果的因素除了飞行器模型自身外还包括流场的热力学模型和化学反应模型。同时热防护材料在飞行过程中不断剥离与高温空气发生复杂的化学反应生成大量新的紫外辐射分子,大大增强了激波层紫外辐射的可探测性。在尾焰流场中同样也存在紫外辐射分子,不同尾焰燃料和化学反应模型的选取对于天基探测尾焰目标时紫外波段的精准定位有重要影响。本文基于高超声速飞行器激波层和尾焰流场,从一维路径气体辐射传输的视线积分方法出发,考虑到激波层物理环境非均匀变化的特点,将多种非均匀分层方式与视线积分法相结合。对误差计算分析后发现网格自适应非均匀分层结果最准确。最后将自适应网格分层的视线积分法扩展到二维情况,设计了自适应网格非均匀切片的尾焰计算模型。论文主要内容如下:1)飞行器激波层与尾焰流场建模仿真考虑到不同飞行器模型计算得到的流场结构和光谱辐射值均不同,基于计算流体力学方法,采用双温度的热化学非平衡模型,仿真了钝头体和尖锥体高超声速飞行器激波层流场。分析了不同飞行速度、飞行高度和飞行攻角等工况下的激波层流场参数变化,研究了不同空气化学反应模型对激波层流场的影响。在尾焰流动问题中分别对BEM发动机尾焰和正戊烷燃烧尾焰进行仿真,得到了尾焰流场参数云图。采用本文提出尾焰网格切片模型,对不同视线角下尾焰混合气体紫外辐亮度进行了计算,结果表明在这两种尾焰化学反应模型中NO、OH和CO是尾焰的主要紫外辐射源。2)改进的非均匀分层视线积分方法与自适应网格横纵切片尾焰气体辐亮度计算模型气体辐射传输的视线积分法求解过程中分层方式缺少判据,本文针对激波层流场短距离内参数变化剧烈的特点,基于流场中温度、压强和组分摩尔分数梯度分布,根据梯度变化率加权确定每段非均匀传输距离,将流场参数和非均匀距离带入辐射传输方程。针对激波位置设计自适应网格在贴近壁面处按指数加密,选取自适应网格间距作为视线积分法非均匀分层依据,将驻点线上网格节点参数提取带入视线积分方程计算。结果表明自适应网格非均匀分层计算结果与试验误差最小,误差仅为均匀分层误差的30.7%。针对尾焰辐射计算建立了横纵网格切片模型,对二维流场进行自适应网格非均匀切片,得到沿视线传输时与所有横纵网格切片交点的参数信息。通过退化验证进一步验证了模型的正确性,为使用非均匀分层的视线积分法计算尾焰流场中任一条视线混合气体紫外辐亮度提供了准确高效的方法。3)C-C热防护材料烧蚀激波层气体紫外辐射基于C-C热防护材料的十三组元三十四烧蚀化学反应模型,从文献中C-C烧蚀流场的试验数据出发,采用自适应非均匀网格的视线积分方法计算了C-C热防护材料高温烧蚀下的高超声速激波层混合气体紫外辐亮度。在高温下C原子升华为碳烟气体,C原子复合反应生成C2分子同时也会与空气中的N和O原子结合生成CN和CO分子。在烧蚀流场中C、C2、NO、CO、CN原子分子是100-400nm波段主要的紫外辐射来源,相比无烧蚀仅考虑空气中NO分子紫外辐射时的可探测波段范围增加。结果表明C-C烧蚀激波层紫外辐亮度结果比无烧蚀情况高出两个数量级,辐亮度值最高的为C原子的非连续跃迁辐射。其次CO分子在紫外连续波段的辐射占主导,在烧蚀时间增长时激波层紫外辐亮度明显增加,大大提高了激波层在紫外波段的可探测性。