摘要
电磁流动控制技术是一个多学科交叉融合的重要研究方向,在高超声速飞行器气动特性优化、气动热环境减缓、边界层转捩和等离子体分布等流动控制方面显示出广阔的应用前景.考虑高超声速飞行器绕流流场中发生的离解、复合、电离和置换等化学反应、气体分子振动能激发以及化学非平衡效应,耦合电磁场作用并基于低磁雷诺数假设,通过数值求解非平衡Navier-Stokes流场控制方程和Maxwell电磁场控制方程,建立三维高超声速流动与电磁场耦合数值模拟方法及程序,开展不同条件下高超声速飞行器绕流流场的磁流动控制数值模拟,着重分析飞行条件、磁场配置以及Hall效应等对电磁流动控制影响.研究表明:电磁场会对高超声速流动产生显著影响,磁场及其感应电场使飞行器头部弓形激波外推,磁场强度越强,激波面外推距离越大;磁场对绝大部分区域的热流有减缓作用,作用大小与飞行高度、马赫数以及磁场的配置紧密相关;当前计算条件下,飞行高度越高,磁场作用越明显,当磁场强度较大时,还会出现磁控热防护“饱和”现象;对于本文计算的球柱外形飞行器,在磁场作用下会形成“磁阻力伞”,改变飞行器的气动力特性;电磁Hall效应会削弱磁场的作用效果,由于其各向异性特性,还会产生非对称的相互作用,影响飞行器的侧向力特性.
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