电磁干扰效应对超声速半球体逆向喷流影响的研究

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超声速飞行器是一种能够以几倍于声速的飞行速度飞行的新型飞行器,其超高的飞行速度能够为人们的旅行及运输提供极大的便利,同时飞行器的超声速飞行的实现是衡量一个国家航空航天发展的重要因素,因此,其不仅在民用领域有着广阔的发展前景,同样是军事技术的发展的不可估量的潜在力量。目前制约超声速飞行器发展最重要的一个问题就是阻力问题,巨大的飞行阻力不经耗费巨大的推力,超声速表面的摩擦使得由推力所做的功大量转化成热量,这些热量会产生错综复杂的物理想象,其中最为明显的就是热电离,致使空气具备一定的导电率。本文基于前人的逆向喷流和电磁干扰效应减阻实验的基础上,采用有限体积法,数值模拟了在超声速来流下,逆向喷流、电磁干扰效应及二者的组合对半球体超声速飞行时减阻效果的影响,对现有的单一的减阻手段进行了初步的组合分析,为以后超声速飞行器减阻设计和气动特性的优化提供了一定的理论参考和依据。本文的主要研究通过以下三个过程展开:首先基于前人逆向喷流的实验结果,湍流模型采用k-湍流模型,建立了二维轴对称半球体模型,划分出合适的计算域,采用结构化网格划分计算域,模拟采用的边界条件参考前人做过的类似的实验,采用目前比较流行的AUSM数值求解了N-S方程,分析了逆向喷流对流场模态,壁面压力和阻力的影响,通过采用不同的喷口压强,分析了喷口压强对喷流减阻效果的影响。逆向喷流能极大减少喷流阻力,减阻效果最大能达到56%。然后,采用相同的模型、计算域和网格,耦合k-湍流模型,采用相同的AUSM算法求解二维MHD方程,分析了电磁干扰效应对半球体钝体绕流的流场、壁面压力和阻力的影响。通过采用不同的导电率和磁场强度,分析了不同强度的电磁干扰效应下的减阻效率,对电磁干扰效应进行了一些机理上的解释。最后,数值模拟了逆向喷流和电磁干扰效应组合效应,分析了这种组合效应对半球体逆向喷流流场模态、回流区、再附角和阻力系数的影响。通过与逆向喷流单独作用对比结果表明电磁干扰效应不改变流场模态,但其扩大了回流区和再附角,使得减阻效果增加,最高能增加达10%。
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