基于激波风洞的超声速磁流体动力技术实验系统

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinica．¨七252011VoI．32No．61015．1024ISSN1000．6893CN11—1929／Vhnp：∥hkxb．buaa．ecb．cnhkxbl孕buaa．edu．cn文章编号：1000一6893(2011)06—1015—10基于激波风洞的超声速磁流体动力技术实验系统李益文，李应红*，张百灵，金迪，陈峰，朱涛空军工程大学航空等离子体动力学实验室，陕西西安710038摘要：开展磁流体(MHD)动力技术实验研究，实验系统必须满足两项基本的条件：一是超声速或高超声

2、速气流；二是气流必须是导电流体。基于此，介绍了基于激波风洞的超声速磁流体动力技术实验系统的基本组成、设计思想和调试情况。设计了马赫数M矗=2的超声速喷管及实验段；采用氦气驱动氨气，在平衡接触面运行方式下得到高温气体。通过在低压段注入电离种子Kzco。粉末，实现高温条件下导电流体的产生。得到了以下结论：通过合适的设计激波管高低压段长度，实验时问为9ms左右；⑤区总温达到3500K以上，由于实验时间很短，采用有机玻璃加工的喷管及实验段不需要考虑冷却问题；M口一2的超声速气流的电导率达到40S／m，采用电磁铁的情况下，当低压段压力夕。一3kPa、长度L=

3、O．2m、磁场强度B=2．OT时，磁作用数为O．174；采用永磁铁的情况下，当户，一1kPa、L一1m、B=O．5T时，磁作用数为o．164。利用本实验系统可以开展磁流体流动控制、磁流体发电和磁流体加速等基础实验研究。关键词：激波风洞；超声速；磁流体；电导率；磁作用数中图分类号：V211．74+5文献标识码：A人工电离技术的进步使得各种新的等离子体产生方法正在发展之中；此外，随着超导材料的研究发展，轻质的碳纳米管超导材料在航空工程中表现出很好的应用潜力，使运用磁流体(Magne—tohydrodynamics，MHD)效应控制飞行器外部和内部流动受

4、到重点关注[1]。目前，国际上有关磁流体在航空工程中的应用技术研究主要集中在磁流体流动控制(MHDFlowContr01)、磁流体加速(MHDAcceleration)、磁流体发电(MHDPowerGeneration)以及综合应用磁流体流动控制一磁流体加速一磁流体发电的磁流体组合发动机[z。3】。采用磁流体流动控制的办法能提高进气道捕捉的流量和压缩比，可大大扩展固定几何发动机的运行范围[4书3；在燃烧室后进行磁流体发电可以为飞行器提供电能，在进气道内进行磁流体发电可以对高焓气流实施能量提取，降低气流速度和温度，一方面可以使发动机在更高的飞行马赫数

5、下工作，另一方面提取的电能可以用于燃烧室后的磁流体加速通道或机载用电设备，能量的重新注入将使气流速度进一步增大，提高推进性能[7{]。磁流体动力技术研究的内容是高速流动环境中导电流体与外部磁场的相互作用。其最大的特点是运动的流体具有导电性，开展相关的实验研究，必须使超声速气流具有一定的电导率。对于空气来说，当温度小于2100K时，气体几乎不具有导电性，只有当温度达到4OooK以上时，才能达到可用的电导率，但这么高的温度超出了目前绝大多数材料的承受能力。因此，如何在较低的温度下使气体具有一定的电导率是一个关键问题。目前，国外相关研究单位研制的设备基本

6、都收祷日期：2010—11-03；退修日期：2010·12-22；录用日期：2011-04．05：网络出版时甸：20”-04-2716：00：35网络出版地址：Ⅵ，ww．cnki帕t／kcms／detail／111929．V．2们10427．1600002htmID伽：CNKI：11．1929／V．20110427．1600．002基金项目：国家自然科学基金(10972236)；空军工程大学研究生科技创新基金(D)(2010102)*通讯作者．Tel．：029-84787526E帕II=y旧ho旧一II@126．co盯I弓l用格武t季益文．事应红．

7、张百是．等．基于激波风洞的超声速磁流体动力技术实验系统CJj兢空学报．20¨．32(6)：’015．1024。LIY

8、w邻，uyinghong·zh锄g8ailjng·elai鼬personicma田etohydroaynamlctecmi∞

9、experI慨mtaIsysfemb8sedonsb。cI‘hmeIEJ]?AccaAeronauli∞etAs打onauti∞s讷ica．2011．32‘6)；

10、015．{024．航空学报Jme252011V01．32NO．6是基于以下两种方法：一是如果气体的温度较高时(>2500K)，采用热电离方式，在气

11、体中加入电离种子，如碱金属或碱金属的化合物；二是当空气温度低于2500K，采用外部电离技术。对于在气体中加入电离种子，主要