进气道磁流体流动控制及其研究进展
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摘要
(高)超声速进气道在设计上面临诸多挑战,存在边界层转捩、摩擦阻力、激波系调控、激波与边界层相互作用、隔离段的分离及压力控制等问题。磁流体流动控制技术利用导电流体在磁场中受到洛伦兹力及焦耳热作用,产生对流场的强气动激励作用,为解决(高)超声速流动条件下遇到的问题提供了一种新的技术手段。主要介绍了磁流体流动控制技术在高超声速进气道的主要应用方式,包括磁流体激波系调控、边界层磁流体转捩控制、边界层分离磁流体流动控制等。磁流体激波系调控原理是,利用边界层磁流体效应的热作用,使壁面边界层局部形状改变,实现激波角度和位置变化;边界层磁流体转捩控制原理是,通过对边界层内气体周期性放电,并在磁场的作用下定向运动,实现对边界层气体的周期性扰动,产生沿流向运动的涡流,促进边界层转捩;边界层分离磁流体流动控制原理是,将边界层外的高动量流引入边界层内,从而使边界层的抗逆压梯度能力增强,达到控制分离的目的。综述了国内外相关研究现状及发展趋势,目前,磁流体激波系调控研究已由原理性研究转向工程应用研究,欧洲导弹集团(MBDA)法国公司的最新研究表明,在T-313风洞中,利用设计Ma为2的模型进气道开展验证实验,分别在Ma2.5、3.0条件下均实现激波系交汇于唇口;提出了一种边界层电磁式转捩控制方法,开展了初步的实验和数值模拟研究,验证了其工作原理,由于其电极与壁面齐平,具有热防护性好,并可以根据飞行条件及控制效果进行反馈控制的突出优势;边界层分离磁流体流动控制对于抑制激波/边界层干扰以及进气道拐角处分离流动现象具有很好的作用效果,对目前的研究进展及进行了分析,并对提高控制效果途径及耦合机理等进行了探讨。
引文