随着载人飞船、探月、深空探测等航天活动日益增多，飞行器再入大气层所遇到气动热问题愈显突出，逐渐成为空气动力学研究的前沿问题。高速飞行器再入大气层时，飞行器表面与空气高速摩擦，动能转化为热能，在飞行器头部形成的激波层内温度急剧升高，使气体被加热到解离甚至电离状态，高温会大大降低机身材料强度，更严重时，还能够将飞行器表面烧穿，这就是所谓的热障。飞行器表面的等离子体层具有吸收和反射电磁波的能力，这使得导致无线电通讯衰减及中断，这便是黑障。

因此，合理地预测飞行器的气动热环境是十分关键的，然而由于飞行试验、地面风洞试验成本高昂，数值模拟便成为预测飞行器气动热环境的关键手段。而数值预测的准确程度很大程度上依赖于所采用的化学动力学模型，因此迫切需要发展完备的、适用于飞行器再入条件的高温空气碰撞辐射模型，并对激波层内物理化学过程进行更深入和全面的研究。

图1飞行器再入激波层内物理过程示意图

针对飞行器再入过程中空气组分中的化学物理过程，建立了考虑振动激发态和电子激发态的高温空气碰撞辐射模型，并与一维流动模型耦合，研究了飞行器再入过程中激波后驻点线流场的等离子体特性，并详细分析了不同特征温度和能量弛豫过程的演化。

图2为FIREIIs轨迹点激波后的能量传递路径，表明粒子振动激发态和电子激发态对波后能量传递起着至关重要的作用：重粒子碰撞振动激发过程将平动能转移到振动模态中，随后通过振动退激过程转移到电子中，重粒子碰撞激发原子可以从平动模态获得能量，而在电子碰撞下高束缚态的退激过程则导致电子激发能向电子转移，弹性碰撞也对平动能向电子的直接转移起作用。

我们还计算了不同飞行高度和马赫数范围内的热化学状态和能量弛豫过程。通过比较不同高度和马赫数下的能量传递过程，发现低空低马赫数下的能量传递主要由振动过程控制，电子激发态的贡献可以忽略，而在高空高马赫数下，电子激发态的贡献更为突出。本文得到了高度马赫数图中热化学状态和化学反应的划分（见图3），为飞行器再入气动热计算所需的热化学模型选择提供了依据。

图2激波层内能量弛豫过程

图3高度马赫数图中热化学状态和化学反应的划分

论文题目：Non-equilibriumsimulationofenergyrelaxationforearthreentryutilizingacollisional-radiativemodel

发表期刊：ActaAstronautica,,:-

论文作者：Yao-WenDu,Su-RongSun*,Mei-JingTan,YuZhou,XuanChen,XianMeng,Hai-XingWang*.

研究资助：本文研究得到国家自然科学基金（资助号：、）和高温气体动力学国家重点实验室开放课题（资助号：KF08）的支持。

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