高焓流场球头外形气动热试验研究

再入地球大气层时，飞行器的再入速度极高，面临严重的气动加热问题。为了研究高焓流动导致的热化学非平衡现象，在高焓膨胀风洞FD-14X中开展了球头外形的热流测量试验以及CFD仿真模拟。FD-14X为中国空气动力研究与发展中心新建成的高焓膨胀风洞，速度模拟能力达到第二宇宙速度，总温模拟能力超过10 000 K，能够产生总焓70 MJ/kg的试验气体。试验来流总焓16.9～63.5 MJ/kg，球头直径20～50 mm，流场采用自发光拍照，同时CFD仿真采用Park双温非平衡模型计算球头绕流流场。试验与仿真结果表明：来流总焓大于5 MJ/kg时，球头绕流场存在显著的热化学非平衡现象；304钢模型壁面在来流总焓小于20 MJ/kg时表现为非催化壁面特性，在来流总焓大于30 MJ/kg时表现为催化壁面特性；当球头表面镀氧化锆膜、来流总焓49.5 MJ/kg时，球头壁面表现为非催化壁面特性。