MHD加速器模式磁控进气道的优化设计

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1、第31卷2010篮第2期2月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．3lNo．2Feb．2010文章编号：1000一6893(20lO)02—0223-08MHD加速器模式磁控进气道的优化设计郑小梅，吕浩宇，徐大军，蔡国飙(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)OptimizationofAcceleratorModeMHDControlledInletZhengXiaomei。LuHaoyu，XuDajun，CaiGuobiao(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityo

2、fAeronauticsandAstronauticsBeijing100191，China)摘要：为提高超燃冲压发动机进气道在非设计状态下的性能，对磁控进气道进行了研究。采用二维磁流体动力学(MHD)模型对加速器模式的磁控进气道进行了数值模拟和参数优化。分析了电磁作用使空气流率增加的原因，选取了一组优化的设计参数进行数值模拟，确定了磁流体关键参数与进气道主要性能参数的匹配原则。分析表明磁场的大小和方向以及电磁作用的位置对进气道性能有重要影响；唇口附近及上方的电磁作用对增加空气流率起到了关键的作用，磁流体加速器可以显著增加进气道的空气捕获率和压缩比，但由于不可

3、逆效应总压恢复系数会减小。研究结果表明，当飞行马赫数小于设计马赫数时加速器模式的磁控进气道可以提高进气道的性能。关键词：超燃冲压发动机；磁流体动力学；磁控进气道；磁流体加速器中图分类号：V235．21+1文献标识码：AAbstract：amagnetohydrodynamic(MHD)-controlledinletisadoptedinordertOimprovethescramjetinletpeHormanceinoff-designconditions．Thetwo-dimensionalMHDcontrolledinletintheaccelerat

4、ormodeisha-mericatlysimulated，andtheinfluenceofsomekeyparametersontheperformanceoftheinletisanalyzed．TheresultsshowthatthemagnitudeanddirectionofmagneticinductionandthepositionoftheMHDinteractionregionhaveimportantinfluenceontheperformanceoftheinlet．Theanalysisshowsthattheincreaseof

5、masscaptureandpressureismainlyduetotheMHDinteractionnearandupthecowllipregion．Aconsiderableim—provementoftheinletairmasscaptureandpressureriseisobtainedwhilethelossoftotalpressureislimitedtoareasonableextent．ItcanbeconcludedthattheacceleratormodeMHD-controlledinletcanimprovetheinlet

6、performancewhentheflightMachnumberislowerthanthedesignvalue．KeyWOf'凼：scramjet；magnetohydrodynamics；MHD-controlledinlet；MHDaccelerator近年来，磁流体动力学(MHD)技术在高超声速飞行器上的应用越来越受到各航空航天大国的重视，为此开展了一系列理论、数值和实验方面的研究，取得了一定的进展。研究的主要方向包括磁控进气道、磁流体能量旁路超燃冲压发动机、磁流体强化燃烧技术，以及在高超声速飞行器前体应用磁场的作用来控制高热流等。常规超燃冲压发

7、动机进气道的设计通常设定一个设计马赫数Ma。以满足激波一唇口(Shock-on-Lip，SOL)原则，然而当飞行马赫数Ma。偏离设计马赫数时，发动机性能会急剧降低，从而限制了发动机的工作范围。当飞行马赫数大于设计马赫数时，激波会进入进气道内部并且不断地反射，导致进气道内的气流极不均匀，还会引起边界层分离甚至发动机不启动；当飞行马赫数小于设计收藕日期：2008—12—10：修订日期：2009—03—20通讯作者：郑小梅E—mail：cherry@sa．buaa．edu．∞马赫数时，气流在唇口位置产生溢流，导致发动机性能降低。研究表明，磁控进气道的应用很有可能解决

8、上述难题[1‘3]。当飞行马赫数大于设