MHD控制微电离等离子体射流

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1、2015年9月北京航空航天大学学报September2015第4l卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．4lN0．9http}bhxb．buaa．edu．cnbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0668MHD控制微电离等离子体射流罗卫东，李锋，孙佰刚，赵凯，熊溢威，王昌胜(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京1001912．空军指挥学院，-tL京100

2、097)摘要：为了研究磁流体动力学(MHD)控制低温微电离等离子体射流，实现推力矢量的可行性，提出了一种基于MHD控制等离子体流动理论的试验方法，建立了种子(碱金属盐)诱导燃气电离的MHD流动控制试验台，研究了不同温度和不同磁场方向条件下射流偏转向量角，并用用户自定义函数(UDF)加载MHD模型求解三维N—S方程，探究了数值研究MHD控制的可行性．结果表明：向燃烧室内注入低电离能种子能够诱导燃气电离，形成磁流体，在磁场作用下实现推力矢量控制；等离子体射流偏转的数值模拟结果与试验结果在一定程度上是一致的，说

3、明数值模拟MHD流动控制具有一定的可信度．关键词：磁流体动力学(MHD)；等离子体；诱导电离；推力矢量；数值模拟中图分类号：V11文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)09—1758—07工业等离子体主要是利用电弧加热和激波加动机技术(IHPTET)计划、美国国家航空航天局热等技术产生局部热平衡状态等离子体，或者通(NASA)、美国空军(USAF)都将等离子技术视为过辉光放电和电晕放电等技术产生非平衡态等离未来先进吸气式战斗机引擎的关键技术．国子体；燃烧等离子体方案主要通过添加电离种子外的

4、MHD磁控等离子体推力矢量技术目前正处的方式强化燃气电离．低温气体只有在高能电于预研论证阶段．美国的Lineberry团队¨向高焓极放电和电子束照射时才会出现微弱电离，这需燃气添加NaK合金种子诱导燃气电离(电导率为要大量的外部能量输入，但只能获得很小的电离10S／m)，借助喷管加速到Ma=3．3，高超声速燃度和电导率．这意味着虽然电子和离子能够气等离子体通过横向磁场，利用电磁耦合作用，从和电磁场相互作用，与电中性气体直接进行动量气流中提取电能．Corke和Jumper应用辉光放电和能量交换，但交换量远小

5、于高速气流的动量和等离子体技术实现机翼扰流分离控制和射流偏转能量输运．所以从工程实际看，由于碱金属盐类诱控制．中国空军工程大学李应红团队利用喷管加导电离不需要大量外部能量输人，所以最有可能速含诱导种子的燃气至Ma=2．2，通过电级向诱导在实际方案中被采纳．该方法主要借助碱金属元等离子体中注入电流，应用电磁作用加速T质．相素电离能比常见气体分子电离能小、容易电离的比于机械式流动控制方法，MHD流动控制方式可特性，利用碱金属盐类充当诱导电离种子．将控制装置设计在机体内部，规避了控制方式对发随着磁流体动力学(M

6、agnetohydrodynamic，动机流道设计的影响，同时也降低了控制装置本身MPH)的发展，磁流体技术被广泛应用于电力、航设计难度；相比于气动式流动控制方法，MHD流动空、航海等领域．美国国防部的综合高性能涡轮发控制方式无需额外配置引气／排气装置，有利于飞收稿13期：2014—10—28；录用日期：2015433435；网络出版时间：2015-04-2819：19网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150428．1919．002．html基金项目：

7、国家自然科学基金(90716025)作者简介：罗卫东(1989一)，男，硕士研究生，甘肃定西人，luo—wd@126．COIn通讯作者：李锋(1966一)，男，湖南资兴人，教授，lifengl966@263．net，主要研究方向为等离子流动控制及推力，大量技术研究引用格式：罗卫东，李锋，孙佰刚，等．MHD控制微电离等离子体射流fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(9)：j758—1764．LuoWD，LiF，SunBG．eta1．MHDcontrolofweaklyionizedplasmajet

8、flows[j1．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41f9)：1758—1764(inChinese)．第9期罗卫东，等：MHD控制微电离等离子体射流1759行器／发动机结构紧凑化设计．因此MHD控制技术能力可以用电导率表示：在未来有广阔的发展空间．：：——≈——(～2)merelyeimeei1MHD控制理论14~／2霄nelnA，。、—