高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化，伴随强烈的光辐射过程，直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动，考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数，基于有限体积法离散辐射传输方程，在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上，进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布，发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关，马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。

针对主流无载气、副流以氮气为载气的氧碘化学激光(COIL), 应用求解3维多组分化学反应流方程的数值方法, 对流场和物理化学的耦合过程进行细致研究, 对副流载气变化带来的问题及性能提升的手段、特别是合理的配气方式进行深入分析。结果表明:传统的在亚声速段进行喷流的配气方式不适用于主流无载气N2-COIL系统, 必须采用超声速段射流方式; 合理的流量配比条件下, 超声速段射流方式COIL光腔位置处增益可达1.5% cm-1; N2-COIL流场边界层厚度明显减小, 拓宽了增益的有效分布区域。

氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况,尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现,可以充分利用高增益区,光腔位置增益可以达到0.012 cm-1,与亚声速段射流相比总压恢复性能提高,混合有待加强。