超声速半球体绕流磁流体流动控制数值模拟分析

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1、硕士学位论文超声速半球体绕流磁流体流动控制数值模拟研究NUMERICALINVESTIGATIONSOFSUPERSONICMAGNETOHYDRODYNAMICFLOWSOVERASEMISPHERICALBODY丁朝阳哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：V412学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文超声速半球体绕流磁流体流动控制数值模拟研究硕士研究生：丁朝阳导师：周超英教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:V412U.D.C:530DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALINVESTIGATIONSOFSUPERSONICMAGNETOHYDRODYNAMICFLOWSOVERASEMISPHERICALBODYCandidate:DingZhaoyangSupervisor:Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeinEngineeringPowerEngineeringAndSpeciality:EngineeringTh

3、ermophysicsAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefense:December,2014Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要通过电磁场与流场的相互作用对飞行器表面流场进行有效的控制，这是一种全新的流动控制方法。该方法与传统的表面气流接触式流动控制方式相比，其突出优点在于不会额外改变飞行器的气动外形，因而在航空航天领域，特别是在超声速飞行的流动控制方面具有很大发展空间及应用前景。针对钝体超声速飞行

4、中所产生的高压、高热以及高阻力等问题，已有的研究表明通过改变飞行器前端流场特别是改变飞行器前端弓形激波的形态，能够有效的改善上述问题。以此为目的，本文着力研究几类电磁场对典型半球体外形超声速绕流场的影响，探讨超声速飞行中的磁流体控制方法。通过求解三维磁流体方程组，对超声速情况下半球体的绕流场进行模拟，分别研究了偶极子磁场、均匀磁场和有攻角飞行时的流场及外形气动特性，具体内容如下：首先，研究不同强度的偶极子磁场与绕流场的相互作用，主要分析了不同条件下绕流流场结构、驻点延伸线上各状态参数以及半球体阻力的变化。结果显示，半球体的不同截面的流场具有对称性。随着磁场强度

5、增加，激波脱体距离增加，阻力系数降低，在激波层和半球体之间，半球体两侧处压强、密度和温度等参数数值逐渐降低。其次，研究不同强度条件下均匀磁场对超声半球体绕流的影响。结果表明，在一定范围内，随着均匀磁场强度的增加，弓形激波两侧逐渐变宽，激波脱体距离增加，飞行器阻力系数下降。当磁场强度较大时，阻力系数最多下降了20%。另外，在半球体头部驻点处，压强和密度随磁场强度增大逐渐减小。最后，研究有攻角飞行时，偶极子磁场对超声速绕流场的作用。主要分析不同攻角、不同磁场强度情况下流场结构的变化。研究发现，在同一攻角情况下，随着磁场强度的增加，激波脱体距离逐渐增加，阻力系数逐渐

6、降低，呈线性变化。在同一磁场强度条件下，随着攻角的增加，弓形激波逐渐倾斜，阻力系数逐渐降低，且各状态参数沿驻点延伸线无规律性变化。上述研究补充了磁流体力学在流动控制数值模拟的研究成果，为进一步在航天航空领域应用提供参考数据，因而具有一定的理论及实际意义。关键词：磁流体力学；半球体；阻力系数；磁场强度；攻角-IV-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMagnetohydrodynamicflowcontrolisakindofnewflowcontrolmodebyapplyingelectromagneticfield,whichisdifferen

7、tfromthetraditionalairflowbycontactingtheaircraftsurface,anditsmostadvantageisthatnotchangingtheaircraftaerodynamicshape.Therefore,theMHDflowcontrolhastheverydeepdevelopmentspaceandgreatapplicationprospectintheaerospacefield.Thethesisaimattheproblemsofsupersonicaircraftflyingintheai

8、rwillgeneratehighhe