● 摘要
随着人们对飞行器飞行速度要求的不断提高，关于高超声速飞行器的研究已经成为当今世界各航空航天大国研究的重要方向，而研究过程中主要困难之一是当高超声速飞行器在空中高速飞行时，会因与空气摩擦而生成产生大量的气动热，随着飞行马赫数的增加，气动热进一步加大，这对飞行器的制作材料及冷却系统都提出了严格的要求。
采用传统冷却方式虽可有效冷却，但因在飞行器上加装冷却系统会额外增加高超声速飞行器的质量体积，这对于对体积质量要求日益苛刻的飞行器来说，是个棘手的问题，因此最便捷的冷却方式就是考虑采用飞行器自身所携带碳氢燃料，利用其化学特性，通过其在发生裂解反应时会大量吸收热量的特点，冷却高超声速飞行器飞行时的高温部件，反应生成的小分子产物送到燃烧室进一步燃烧，而且与碳氢燃料相比，反应生成物更易燃烧，燃烧反应过程将化学热沉又转化为了热能，不仅有效的解决了气动热的冷却问题，而且省略了冷却剂，此时作为动力源的碳氢燃料承担了冷却剂的作用。
本文主要对超临界条件下碳氢燃料传热特性及裂解换热特性进行了数值仿真研究，为高超声速飞行器的热防护设计提供数值依据及经验基础，以数值模拟软件FLUENT为平台，首先对高超声速飞行器冷却通道进行简化，然后通过建立物理模型，研究在超临界条件下不同入口温度、质量流速、压力、热流密度四种工况下碳氢燃料的传热特性，给出了影响超临界换热特性的主要影响因素，重点分析了可能引起传热恶化现象的原因，然后在此基础上通过建立碳氢燃料的裂解反应方程，分析在超临界条件下碳氢燃料发生裂解反应时的换热特性随不同温度压力等条件变化时换热特性。