高超声速飞行器在再入大气层的过程中面临着极端的气动热环境，目前工 程上广泛使用烧蚀材料设计热防护系统，通过材料的烧蚀反应吸收带走热量实 现飞行器结构的热防护。准确地计算再入过程中飞行器表面的烧蚀量及传入飞 行器结构的净热流，对于热防护系统的设计有重要意义。飞行器表面的材料烧 蚀不仅与材料的烧蚀性能相关，还与飞行器表面的气动参数以及再入飞行的轨 道相关。烧蚀反应过程复杂，涉及气动、烧蚀、结构热传导多物理场耦合。飞 行器表面随着烧蚀的进程实时地发生后退，在飞行器表面数值模拟中涉及动边 界的处理，是计算过程中的一个难点。 国内外学者对于烧蚀问题中的边界移动问题展开了许多研究，解决方案主 要集中在网格型数值计算方法，有生死单元法[1]、ALE网格自适应法[2]、网格重 构法[3]、边界元法[4]等。这些方法存在一些问题，ALE方法在处理大烧蚀量的问 题时，网格会变得狭长，产生网格畸变，导致计算终止。生死单元法可以模拟 大烧蚀量问题，但是新形成的界面出现非物理性的凹凸不平，影响热流边界条 件的施加。网格重构法在每一个时间步都需要重新划分网格，需要将上一步的 计算结果插值到新的网格节点上，工作量增大且会积累计算误差。 基于以上各种方法的不足，本论文引入基于粒子的无网格计算方法——光 滑粒子流体动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH），实现边界移 动和结构温度场计算。无网格通过支持域内粒子完成计算，不需要预设网格建 立联系，粒子之间没有相互约束，在处理动边界及大变形问题时存在天然优势。 对比三种 SPH 算法（CSPM、SPH2、CSPH2），选定 SPH2 算法编写程序实现温 度场计算和边界移动。 本文将 SPH 方法结构热传导/烧蚀边界移动模块和气动、烧蚀计算模块耦合， 形成一个完整的烧蚀模拟程序。本论文使用气动计算工程算法，编写简单钝头 体气动参数计算模块。烧蚀模块详细分析了碳基材料的烧蚀反应模型，基于化 学平衡假设和元素在壁面的相容方程，计算边界层内各烧蚀反应生成物的浓度， 计算得到输入结构的有效热流和边界烧蚀量，输出给 SPH2温度场计算模块实现 结构的表面后退和温度场计算。 运用开发的基于 SPH2算法的多学科耦合烧蚀计算程序，对某再入飞行试验 的飞行器端头烧蚀进行模拟。对比了 SPH 方法计算结果和 ALE 方法的计算结果， 二者吻合较好，表明本论文引入无网格 SPH 方法来模拟端头的烧蚀是可行的， 结果是可信的，本论文的工作为后续大变形烧蚀的模拟打下了理论基础。