三维磁控超燃冲压发动机数值模拟研究.doc

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1、三维磁流体强化超燃冲压发动机数值模拟研究摘要：建立了三维磁流体强化超燃冲压发动机内部粘性流场的求解模型。针对马赫数6设计了联合应用磁控进气道和磁流体能量旁路的磁流体强化超燃冲压发动机模型。针对该模型进行了数值模拟研究，分析其中的三维流场结构、电参数分布规律以及能量转换特性。结果表明，当飞行马赫数为8时，磁控进气道的应用能够使头部压缩激波回到唇口，使分离区消失，内进气道中的流动恢复到设计状态。磁流体能量旁路可有效降低燃烧室入口处的马赫数，从而改善发动机性能。其中发生器中的流动参数和电参数的分布比较理想，效

2、果显著；而加速器要取得显著的加速效果则需要大量的能量输入。在加速器小，电极附近焦耳耗散严重，导致局部高温以及流动的复杂性，性能不够理想。关键词：超燃冲压发动机；磁流体动力学：磁控进气道；磁流体能量旁路Abstract:Simulationmodelofthethree-dimensionalMHDenhancedscramjetviscousinnerflowfieldisestablished・GeometryofascramjetappliedbothMHDcontrolledinletandMHD

3、energybypassisdesignedatMa6.Numericalsimulationisperformed,three-dimensionalflowfieldstructure,distributionpatternoftheelectricparameters,andcharacteristicsofenergytransformationareanalyzed・Theresultsshowedthat,whenflightManumberis&MHDcontrolledinletcan

4、beusedtodrawthecompressiveshockwavesbacktothecowllip,andtheseparationzonedisappears,theflowfieldoftheinnerinletrecoverstothedesigncondition.TheMHDenergybypasscandecreaseManumberoftheflowbeforecombustorefficiently,soastoimproveengineperformance・【ntheMHD

5、generator,distributionsofflowandelectricparametersarecomparativelyinidealtomakeefficienteffect.WhiletheMHDacceleratorneedlargeamountofenergyinputtomakeasignificantacceleration.IntheMHDaccelerator,Jouleheatingdissipationissevereneartheelectrodes,whichre

6、sultsinlocalhightemperature,flowfieldcomplicationandperformancedeteriorationoftheMHDaccelerator.1.概述高超声速飞行器在未来军事斗争中有着巨大的战略意义，因此受到各军事大国的重视。超燃冲压发动机是其中最关键的部件，也是其研究的难点之一。大量理论分析、数值模拟、地面风洞试验以及飞行试验所取得的研究成果充分证明了超燃冲压发动机的可行性。然而到目前为止仍然存在很多技术问题有待解决，包括非设计状态下性能恶化、高热载、

7、燃烧效率低等。磁流体动力学(Magneto-Hydro-Dynamics,MHD)技术为解决这些难题提供了可彳亍方案。Freishtadt在上世纪80年代提出了AJAX概念⑴，从此启动了一轮磁流体技术的研究热潮，其应用形式扩展到许多方面，包括：飞行器的气动减阻、前缘气动加热的热管理、气动减速、高超声速进气道激波位置控制(磁控进气道)、磁流体能量旁路推进、机载供能系统、控制边界层分离、加强混合与燃烧等⑵。其中磁控进气道可对头部压缩激波的位置进行调节，改善非设计状态下进气道性能，受到广泛关注。而磁流体能量旁

8、路则可降低燃烧室入口处流体的总温，并提取出能暈，提取出来的能量可用于机载供能，也可从燃烧室后通过磁流体加速器返回到燃气中，从而提高高马赫数下发动机的性能。针对磁控进气道的应用开展了一些数值模拟和试验研究，充分表明电磁力的作用可以对激波的位置进行有效调节。Macheret采用二维无粘模型对磁控进气道性能进行了研究，并对关键作用参数的影响进行了定性的分析〔习⑷。Bobashev采用稀有气体为工质，试验证明TMHD技术对激波的有效控制⑸。文献［6