空天飞行器在大气层内的飞行过程中会遭遇严重的气动加热和强大的气动阻力,气动加热带来的高温会破坏飞行器的机体结构以及内部设备,强大的气动阻力也对动力系统提出了更高的要求。因此,空天飞行器的减阻防热方案研究具有必要性、紧迫性和复杂性。本论文以空天飞行器的减阻防热为目标,对逆向脉冲射流及其组合体的减阻防热机理展开了系列研究。首先,介绍了世界航空航天强国在空天飞行器技术研究方面所发展过或正在发展的项目,阐述了本论文研究内容所处的背景环境。对目前传统的热防护系统及技术进行了分类介绍,分析了目前各种热防护系统的优缺点。对国内外公开文献中的减阻防热方案研究进展进行了详细的综述介绍,分析了国内外经典的实验以及数值模拟研究,提出了本文的研究重点。其次,介绍了基于雷诺平均的多组分守恒型N-S方程,并介绍了标准k-ε模型及SST k-ω模型两种湍流模型。以公开文献中的经典逆向射流实验数据作为参考,按照参考实验中的实验模型创建1:1数值模拟模型并划分不同壁面高度网格。分别采用标准k-ε模型及SST k-ω模型,并以实验中自由来流与逆向射流条件进行数值模拟,将数值模拟结果与实验数据作对比,对比发现采用SST k-ω模型的计算结果较好。又使用不同壁面高度的网格进行同样的计算,最终确定了壁面网格高度为Δh=1.25×10^-4mm。再次,基于上面的研究结果,采用相同的数值模型以及数值方法,使用UDF定义了一个周期为T=1.0ms,振幅为0.4PR,平均值为0.6PR的正弦波逆向脉冲射流,对正弦波逆向脉冲射流的减阻防热进行了数值模拟。模拟结果表明,采用逆向脉冲射流,流场中没有观察到长穿透模式,在PR=0.2的瞬时,射流流场为短穿透模式,这与定常射流完全不同,正弦波逆向脉冲射流在防热方面较定常射流有一定优势,壁面Stanton数及壁面压力等参数都随逆向脉冲射流的周期性变化而变化且表现出一定的迟滞效应。然后,利用UDF定义了周期分别为T₁=0.5ms、T₂=1.0ms和T₃=2.0ms的三组不同周期正弦波逆向脉冲射流,三组脉冲射流的振幅与平均值保持一致,振幅为0.4PR,平均值为0.6PR。分别对三组逆向脉冲射流进行数值模拟,对比周期变化对逆向脉冲射流减阻防热性能的影响。结果表明,脉冲射流在防热方面的表现要优于定常射流,但其减阻性能不如后者。在这三组逆向脉冲射流中,T₃=2.0ms的一组减阻防热性能最好,T₁=0.5ms的一组表现最差。紧接着,利用UDF定义了波形分别为正弦波、三角波和矩形波的三组逆向脉冲射流,三组不同波形逆向脉冲射流的周期、振幅、平均值保持一致,周期为T=1.0ms,振幅为0.4PR,平均值为0.6PR。对这三组不同波形逆向脉冲射流进行了数值模拟,通过分析对比,三角波逆向脉冲射流具有最好的减阻防热性能,矩形波脉冲射流的减阻防热效果最差。最后,将逆向脉冲射流与迎风凹腔结合,对不同长径比逆向脉冲射流与迎风凹腔组合构型的减阻防热性能开展了数值模拟。模拟结果表明,当逆向射流确定时,迎风凹腔的长径比存在着最优值,在最优的长径比下,该组合构型能够达到最佳的防热效果或者最佳的减阻效果,但防热性能的最优值与减阻性能的最优值不一定相同。迎风凹腔的体积也影响组合构型的减阻防热性能。