高超声速进气道自起动特性磁流体动力学控制机理

为了改善高超声速进气道在低马赫数下的自起动能力,设计了一种高超声速进气道电磁流动加速控制方案.基于低磁雷诺数假设建立完全气体湍流流场、电磁场耦合数值计算方法,数值分析了不同外加电磁场条件下进气道加速起动过程中流场结构、起动特性控制效果.结果表明:施加外加磁场、电场后,洛伦兹力的方向和流动方向相同,此时控制区域洛伦兹力起到加速的作用,增加了近壁面流体的动量,从而增强边界层抵抗分离的能力;此外,顺流向洛伦兹力增加了壁面的剪切应力,从而增加局部湍流流场壁面摩擦阻力系数;背景进气道不起动状态存在大规模分离区,电场、磁场作用下,分离泡受到额外的顺流向洛伦兹力作用,为达到分离区受力平衡,压力平台区域变小,宏观体现为分离点后移,分离泡尺度减小;加速起动过程中,顺流向洛伦兹力可以降低背景进气道自起动马赫数,拓宽进气道工作马赫数范围.

一种二元高超声速进气道起动特性的尺度效应研究

对一种二元混压式进气道三维流场进行了数值和实验考察,研究了不同尺度进气道模型自起动性能的变化。结果表明,在相同来流单位雷诺数条件下,随着模型尺度的减小,进气道自起动马赫数有所提高,起动性能有所降低。同时对不同尺度模型进行雷诺数匹配,发现在相同雷诺数下,不同尺度模型的起动性能相近,表明雷诺数是影响不同缩尺模型起动性能不同的主要原因。在可获得的实验结果范围内,数值模拟所得到的自起动结果基本与之相符。此外,对实验中发现在低雷诺数下进气道反而呈现出自起动特征的异常现象进行了初步分析,通过数值模拟比较指出了低雷诺数下来流偏向层流流态,可能会导致进气道呈现一种"起动"状态。