反作用控制系统(RCS)被广泛应用在各类飞行器姿态和轨道控制中,其控制力来源于侧向喷流产生的反作用力。当飞行器处于稀薄大气环境中时,侧喷干扰流场中稀薄多尺度效应不可忽视;而飞行器飞行马赫数高于6~8时,气动特性的预测必须考虑高温真实气体效应的影响。因此有必要对稀薄多尺度效应、真实气体效应与侧喷流场相互作用机理进行研究,并探索这种相互作用对喷流控制效率的影响。本文利用直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)在模拟多尺度流场上的优势,采用Q-K化学反应模型,对高超声速来流中的侧向喷流干扰流场进行模拟研究。选取了不同算例验证了化学反应模型的正确性、三维流场计算的准确性以及程序模拟三维化学反应流的正确性。同时对典型多尺度流场——压缩拐角流进行计算,验证了程序捕捉流场多尺度特征的能力和准确性,并研究了多尺度流场流动特征及其与气动特性的对应关系。以此为基础,运用DSMC-QK算法模拟了不同飞行高度、飞行马赫数、来流/喷流动量比条件下二维/三维平板模型、三维旋成体模型上的侧喷流场结构以及气动特性。主要有以下结论。首先,研究表明飞行马赫数较低(7马赫)时,随飞行高度增加,稀薄效应增强,使得与壁面参数紧密关联的回流区减小至消失,从而减小了喷流前高压区范围,进而使喷流干扰力放大系数和力矩放大系数减小,压心向上游移动,喷流控制效率降低。而随飞行马赫数增加,尾迹区壁面压力系数上升明显,喷流干扰增益升高,压心后移,控制效率升高;同时真实气体效应影响增强,对喷流增益的反作用增大。只增大喷流/来流动量比时,喷流干扰控制力增加,而喷流干扰增益不断减小。其次,在高超声速飞行器真实飞行过程中,稀薄多尺度效应和真实气体效应同时存在。一方面,稀薄效应的增强导致气体分子之间化学反应强度减弱;另一方面,回流区随稀薄程度增大而减小,导致化学反应对壁面参数的影响范围减小。在两者共同作用下,真实气体效应对侧喷效果的影响随飞行高度增加而减小。最后,飞行马赫数较高(20马赫)时,喷流增益随飞行高度变化趋势与马赫数较低的情况相反。高马赫数时尾迹区喷流干扰力贡献增加,而真实气体效应对尾迹区喷流干扰力的减小作用随稀薄增强而降低,因此飞行高速越高,喷流干扰系数下降程度越小。在侧喷流场中,流场结构与稀薄效应、真实气体效应共同作用,影响气动性能变化及控制效率。