在高超声速飞行器(一般马赫数大于12)再入地球上层大气时,由于前端弓形激波域温度非常高(大于20000K),稀薄气体中的主要成分N2和少量O2已基本分解为N和O,且大量原子的电子能态被激发。此时,原子间极易发生合并式电离,生成阳离子和电子;同时,生成的电子与其他原子碰撞,进一步引起其他粒子的激发、电离。基于上述现象,若在飞行器前端内置电磁线圈,那么带电粒子在电磁线圈磁场的影响下做拉莫尔回旋运动,并形成多个环形感应电流。感应电流又在磁场的作用下受洛伦兹力,根据理论分析可知,所受洛伦兹力存在一个与来流速度方向相反的分量,使得激波后区域的流动减速。同时,因为穿越激波的质量流率不变,激波间距会增大。飞行器再入地球上层大气时,可借此方法进行滑移制动。目前,直接模拟蒙特卡洛(Direct Simulation Monte Carlo, DSMC)方法是研究稀薄气体流场的有效工具,虽已广泛应用于模拟稀薄高超声速流动、气体微流动等领域,但应用DSMC方法模拟弱电离气体稀薄仍具有非常大的挑战性。一方面,电子特性不同于中性或带电的重粒子,电子质量要比它们轻大约5个数量级,速度高大约2个数量级,采样时间步长约小2个数量级;一方面,由于带电粒子处于彼此的电势场中,受电势作用,超出了DSMC方法中现有的分子势能模型。这些都是DSMC方法模拟电离流的主要困难所在。根据Bird建议,当流动的特征尺度比德拜长度大很多时,可采用电中性假设,即将每次电离过程生成的阳离子和电子“捆绑”成一个较小的德拜长度为半径的球。经其检验,该假设模型是有效可行的。因此,我们亦可在DSMC方法中使用该模型,模拟出稀薄纯氮环境中磁场对弱电离气体的影响,并展现不同大小的偶极子源磁场强度对电离域,进而对激波结构的影响程度,据此探究飞行器借助稀薄弱电离气体进行滑移电磁制动的影响因素。