飞行器速度达到10km/s以上时,辐射加热正比于速度的8次方急剧增长。气体辐射在飞行器表面产生辐射热流的同时,辐射冷却效应又会减小对流热流。流动与辐射紧密关联对理解其中的复杂机理提出了挑战,也是准确预测超高速再入飞行器表面热流面临的困难。以类Apollo外形再入试验飞行器FireⅡ为对象,通过数值计算热-化学非平衡流体动力学方程、气体辐射窄带模型和辐射传输方程,进行飞行器表面对流热流和辐射热流求解和分析,基于流场与辐射的耦合解算,开展辐射冷却效应研究。针对FireⅡ典型超高速飞行状态,数值结果显示空气组分基本完全分解,生成大量具有较强辐射能力的离子产物。通过温度和组分数密度分布得到了气体辐射平均吸收系数,其分布和激波层结构类似,与温度分布高度相关。不同化学反应模型得到的表面辐射热流偏差远远高于对流热流,超高速再入飞行模拟必须采用11组分模型或更复杂模型。通过流场与辐射的耦合求解,发现激波层高温气体通过辐射发射能量后,边界层外缘温度降低的冷却机制导致表面对流热流减小,激波层气体温度降低进一步减小了辐射热流。