临近空间飞行器在中高层大气高速飞行时，传统气动舵面控制能力因环境大 气趋于稀薄而减弱。工程上，普遍采用反作用力控制系统(RCS)操控这类飞行 器。RCS 通过姿控发动机喷射的喷流与稀薄来流发生相互作用，影响 RCS 的操 控能力。连续喷流与稀薄来流之间的相互作用所形成的跨尺度流场求解是 RCS 面临的重要问题。高超声速条件下的跨尺度流场可以通过耦合基于连续介质流动 假设的计算流体力学(CFD)方法和直接模拟分子运动的直接模拟蒙特卡罗 (DSMC)方法来高效且准确地完成。耦合算法的一个要点是需要使用合理的判 据对流场做区域划分，对满足连续性假设的区域采取求解 Navier-Stokes 方程的 CFD 方法，对不满足连续性假设的区域使用 DSMC 方法计算，在保证计算结果 准确的前提下提高计算效率。因此，对连续喷流和稀薄来流形成的跨尺度流场进 行连续性假设失效研究具有重要意义。

       本文的主要工作内容如下:

       (1)根据连续性假设只在气体分子速度分布函数相对平衡态的 Maxwell 分 布偏差很小的条件下才成立的理论依据，本文从速度分布函数的各阶矩出发，推 导获得了衡量连续性假设失效程度的两个非平衡度参数:基于二阶矩的方差非平 衡度和基于三阶矩的斜偏非平衡度。

       (2)根据方差非平衡度和斜偏非平衡度，深入分析常用连续性假设失效的 宏观判据的适用性。本文揭示 Bird 的 P 参数、Boyd 的当地 Kn 数、Garcia 的 B 参数不能应用于来流与喷流作用流场分析的原因，并结合 Tiwari 的 Φ 参数和 Chen 的无量纲熵产率判据的优点，构造了连续性假设失效的非平衡度判据，其中的非 平衡度截断数值与应用精度的需求关联。

       (3)采用 DSMC 方法，对二维稀薄来流与连续喷流所形成的定常流场进行 数值模拟，根据流动特征对整个流场进行了划分，进一步采用非平衡度判据对流 动的非平衡程度进行了分析讨论，同时比较了非平衡度在几个剖面的定量变化。 在此基础上，比较分析来流飞行高度、来流马赫数对来流与喷流相互作用流场的 影响，包括流场结构的变化和非平衡度的分布。

        (4)进一步计算稀薄来流与双喷流作用的流场。通过改变双喷口间距、双 喷流分子数密度，观察流场的非平衡特征，深入分析双喷流间的相互作用和前后 喷流与来流的相互干扰。