空天飞行器高速再入大气层阶段会在飞行器周围形成等离子体鞘套,引起“黑障”和“热障”等系列问题。电磁波与黑障等离子体相互作用对飞行器通信、遥感、控制、GPS信号传输等都带来严重的问题。等离子体鞘套作为黑障问题的源头,对其主要特性的掌握成为解决黑障问题的关键问题。因此,有必要对等离子体鞘套内部特性进行研究,为解决“黑障”问题提供参考。本工作的科学目标是:数值模拟真实再入飞行器周围流场中等离子体鞘套的稳态特性,为进一步研究等离子体鞘套对入射微波信号传播的影响提供可靠的数据和演化规律。主要工作包括以下三个方面:(1)高超声速空天飞行器热化学非平衡流场的数值模拟针对RAM C II飞行器几何外形建立二维轴对称钝锥实验模型,以USim商用软件为基础,考虑化学反应动力学模型对热化学非平衡流场模拟结果的影响,利用热力学模型、化学反应动力学模型进行仿真和分析研究。针对模拟结果,考虑不同飞行高度对温度、激波距离、鞘套内部电子数密度及电子与中性粒子碰撞的影响,对等离子体鞘套特性进行了比较详尽的分析。(2)针对多组分多反应条件下高超声速空天飞行器热化学非平衡流场的数值模拟在考虑热力学、化学反应动力学效应的二维轴对称模型基础上,建立多组分多反应的数值仿真模型。然后针对不同飞行条件,给出电子数密度、电子与中性粒子碰撞的分布云图,并针对不同温度、压强、流速等参数分析不同飞行高度、同一飞行高度不同壁面位置的两种重要参数的分布规律。(3)三维有攻角情况下高超声速空天飞行器热化学非平衡流场的数值模拟在二维模型的基础上初步搭建简单的三维程序,通过数值模拟的方式得出仿真云图,进而分析比较有无攻角情况下的鞘套内部特性。