基于激波風(fēng)洞的超聲速磁流體動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinica．¨七252011VoI．32No．61015．1024ISSN1000．6893CN11—1929／Vhnp：∥hkxb．buaa．ecb．cnhkxbl孕buaa．edu．cn文章編號(hào)：1000一6893(2011)06—1015—10基于激波風(fēng)洞的超聲速磁流體動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)李益文，李應(yīng)紅*，張百靈，金迪，陳峰，朱濤空軍工程大學(xué)航空等離子體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710038摘要：開展磁流體(MHD)動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須滿足兩項(xiàng)基本的條件：一是超聲速或高超聲

2、速氣流；二是氣流必須是導(dǎo)電流體?；诖?，介紹了基于激波風(fēng)洞的超聲速磁流體動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成、設(shè)計(jì)思想和調(diào)試情況。設(shè)計(jì)了馬赫數(shù)M矗=2的超聲速噴管及實(shí)驗(yàn)段；采用氦氣驅(qū)動(dòng)氨氣，在平衡接觸面運(yùn)行方式下得到高溫氣體。通過在低壓段注入電離種子Kzco。粉末，實(shí)現(xiàn)高溫條件下導(dǎo)電流體的產(chǎn)生。得到了以下結(jié)論：通過合適的設(shè)計(jì)激波管高低壓段長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)時(shí)問為9ms左右；⑤區(qū)總溫達(dá)到3500K以上，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間很短，采用有機(jī)玻璃加工的噴管及實(shí)驗(yàn)段不需要考慮冷卻問題；M口一2的超聲速氣流的電導(dǎo)率達(dá)到40S／m，采用電磁鐵的情況下，當(dāng)?shù)蛪憾螇毫οΑＲ?kPa、長(zhǎng)度L=

3、O．2m、磁場(chǎng)強(qiáng)度B=2．OT時(shí)，磁作用數(shù)為O．174；采用永磁鐵的情況下，當(dāng)戶，一1kPa、L一1m、B=O．5T時(shí)，磁作用數(shù)為o．164。利用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以開展磁流體流動(dòng)控制、磁流體發(fā)電和磁流體加速等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)鍵詞：激波風(fēng)洞；超聲速；磁流體；電導(dǎo)率；磁作用數(shù)中圖分類號(hào)：V211．74+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A人工電離技術(shù)的進(jìn)步使得各種新的等離子體產(chǎn)生方法正在發(fā)展之中；此外，隨著超導(dǎo)材料的研究發(fā)展，輕質(zhì)的碳納米管超導(dǎo)材料在航空工程中表現(xiàn)出很好的應(yīng)用潛力，使運(yùn)用磁流體(Magne—tohydrodynamics，MHD)效應(yīng)控制飛行器外部和內(nèi)部流動(dòng)受

4、到重點(diǎn)關(guān)注[1]。目前，國際上有關(guān)磁流體在航空工程中的應(yīng)用技術(shù)研究主要集中在磁流體流動(dòng)控制(MHDFlowContr01)、磁流體加速(MHDAcceleration)、磁流體發(fā)電(MHDPowerGeneration)以及綜合應(yīng)用磁流體流動(dòng)控制一磁流體加速一磁流體發(fā)電的磁流體組合發(fā)動(dòng)機(jī)[z。3】。采用磁流體流動(dòng)控制的辦法能提高進(jìn)氣道捕捉的流量和壓縮比，可大大擴(kuò)展固定幾何發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行范圍[4書3；在燃燒室后進(jìn)行磁流體發(fā)電可以為飛行器提供電能，在進(jìn)氣道內(nèi)進(jìn)行磁流體發(fā)電可以對(duì)高焓氣流實(shí)施能量提取，降低氣流速度和溫度，一方面可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的飛行馬赫數(shù)

5、下工作，另一方面提取的電能可以用于燃燒室后的磁流體加速通道或機(jī)載用電設(shè)備，能量的重新注入將使氣流速度進(jìn)一步增大，提高推進(jìn)性能[7{]。磁流體動(dòng)力技術(shù)研究的內(nèi)容是高速流動(dòng)環(huán)境中導(dǎo)電流體與外部磁場(chǎng)的相互作用。其最大的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的流體具有導(dǎo)電性，開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，必須使超聲速氣流具有一定的電導(dǎo)率。對(duì)于空氣來說，當(dāng)溫度小于2100K時(shí)，氣體幾乎不具有導(dǎo)電性，只有當(dāng)溫度達(dá)到4OooK以上時(shí)，才能達(dá)到可用的電導(dǎo)率，但這么高的溫度超出了目前絕大多數(shù)材料的承受能力。因此，如何在較低的溫度下使氣體具有一定的電導(dǎo)率是一個(gè)關(guān)鍵問題。目前，國外相關(guān)研究單位研制的設(shè)備基本

6、都收禱日期：2010—11-03；退修日期：2010·12-22；錄用日期：2011-04．05：網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)甸：20”-04-2716：00：35網(wǎng)絡(luò)出版地址：Ⅵ，ww．cnki帕t／kcms／detail／111929．V．2們10427．1600002htmID伽：CNKI：11．1929／V．20110427．1600．002基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(10972236)；空軍工程大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金(D)(2010102)*通訊作者．Tel．：029-84787526E帕II=y舊ho舊一II@126．co盯I弓l用格武t季益文．事應(yīng)紅．

7、張百是．等．基于激波風(fēng)洞的超聲速磁流體動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)CJj兢空學(xué)報(bào)．20¨．32(6)：’015．1024。LIY

8、w鄰，uyinghong·zh鋤g8ailjng·elai鼬personicma田etohydroaynamlctecmi∞

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

10、015．{024．航空學(xué)報(bào)Jme252011V01．32NO．6是基于以下兩種方法：一是如果氣體的溫度較高時(shí)(>2500K)，采用熱電離方式，在氣

11、體中加入電離種子，如堿金屬或堿金屬的化合物；二是當(dāng)空氣溫度低于2500K，采用外部電離技術(shù)。對(duì)于在氣體中加入電離種子，主要