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1、信息专递电磁流体力学技术在航空航天领域的应用摘要近年来,越来越多的研究人员将目光投向电能够反映世界MHD技术在航空航天工程领域磁流体力学(MHD)技术在冲压/超燃冲压发动机推进的高应用研究动向的有美国航空宇宙学会的PLC(每年超声速飞行器上的应用研究。介绍了主动控制再入大气层召开)和由相关研究者召开的关于MHD技术在发时的气动加热和飞行性能的MHD流量控制方法的原理,并电、航空航天领域应用的国际会议(每二年一次)。给出了数值分析和以超燃冲压发动机驱动MHD发电系统近年来,有关MHD技术在冲压/超燃冲压发动机推试验验证装置为对象进行的数值分析。进
2、的高超声速飞机上应用的报道很多。研究方向大关键词电磁流体力学MHD冲压发动机体有两个:一是沿俄罗斯提出的AJAX概念方案的超燃冲压发动机研究;另一个是沿美国的HVEPS(高超声速飞行器电能产生系统)计划的研究。吸气式冲压/超燃冲压前言发动机与涡喷发动机不同,是利用大气的动压来压MHD技术在工程学领域的应用,过去主要是缩空气,然后在燃烧室加入能量,通过尾喷管喷射以地面大容量高效率发电为目标,最近以航空航天燃烧气体来获得推力。在AJAX概念中,在燃烧室领域的应用为目标的研究越来越盛行。前方设MHD发电机,在燃烧室后方设MHD加速等离子体M
3、HD技术在航空航天领域的应用之器。用MHD发电机将气流的焓转换为电力,利用一,是等离子体工程学教科书中很早介绍的MHD该过程控制流入燃烧室气流的压力和温度。获得的加速器。其原理非常简单,磁场B被外加到管道内电力从燃烧室分流供给MHD加速器,用来对气流从外部强制流入电流j,利用劳伦兹力来加速气流。进行再加速。引入MHD方法不可避免地会引起总作为模拟再入大气层时的高焓高超声速流的装置,压损失和热效率下降,但是引入MHD可以带来燃一般都采用电孤加热型或感应耦合加热型等离子体烧性能的改善和飞行条件的扩大,综合考虑还是有风洞。在这些风洞中,用气动喷管加速贮气槽生成
4、利于冲压/超燃冲压发动机的高性能化。另外,获的高温、高压等离子体,然后用MHD加速器进一得的电力不仅可以作为MHD加速器推进能量,还步进行电磁力学加速,在不改变贮气槽的热、压力可以供给MHD发电机前段的预备电离装置,并可条件下有可能提高试验气流的速度和热焓。现在,用于气流的等离子体化。在AJAX概念方面,目前正常工作的大型MHD加速风洞只有俄罗斯的茹科研究人员正在利用热力学的方法验证该概念的有用夫斯基空气流体动力学研究所(!)(200kW~性和利用计算流体力学详细掌握超燃冲压发动机内300kW)的同轴电孤方式,外加磁场2.5T,驻点温的电磁流体状态。
5、为进一步推进研发,有必要进行度3700K左右,驻点压力约0.3MPa,气流速度约MHD能量旁路发动机的验证试验。8km/s,美国的NASA认识到这种风洞的重要性,美国的HVEPS计划从2001年开始,为期5在马歇尔空间飞行中心根据电磁流体力学增加推力年,对超燃冲压发动机与MHD发电组合的机载型试验(MAPX)计划正在积极建造MHD加速风洞。发电系统进行了研究。超燃冲压发动机没有机械可该装置不仅作为MHD加速风洞,还将作为探讨用动部分,不能提取轴输出功率,所以不能利用一般MHD加速器对未来宇宙航行用大推力推进器研究回转型发电机产生电力。在HVEPS计划中,
6、MHD的基础试验装置。发电机的特性是:1)不需要机械可动部分,可以直飞航导弹2009年第3期11信息专递图1超燃冲压发动机驱动MHD发电系统概念图接把流体的热焓转换为电能;2)每单位体积的输出密度极高。先前AJAX概念中不把用MHD发电机对气流控制作为主要目的,而是作为超燃冲压发动机的机载电源为主要目的利用MHD发电机。HVE图2MHD流量控制的概念图PS计划(见图1),设想在超燃冲压发动机燃烧室后面设置MHD发电机,以高温、超声速燃烧气体(为再入大气层时产生的脱体激波非常强,在飞行具有导电性而添加微量碱金属)为工作流体使MHD器与激波之间
7、的空域(冲击层)中的气流为等离子发电机运转。2006年,作为HVEPS计划的一环,以体状态。用机内装载的磁铁对该等离子体流外加磁通用原子能公司为中心,在Lytec公司、LLC公司场时,如图2所示由法拉第电磁感应法则及霍尔效和NASA马歇尔宇宙中心的协助下用联合技术公司应可知,冲击层内可以产生感应电流。该电流与外的超燃冲压发动机试验装置进行了验证试验。该试加磁场的相互作用产生的劳伦兹力可使冲击层内的验证明利用MHD技术可以从超声速燃烧气流中提气流减速,进而使冲击层扩大(激波向前方移动),出电力,而且还明确了今后的研究课题。壁面附近的温度梯度变缓,壁面热通量
8、降低。这就研究人员在开展MHD技术在冲压/超燃冲压是MHD流量控制的基本想法。特
