Экспериментальное исследование локального магнитогидродинамического воздействия на ударно-волновую структуру потока воздуха при гиперзвуковом обтекании тел

• Автор: Ядренкин, Михаил Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение
A. Задачи магнитоплазменной аэродинамики
B. Постановка задачи
C. Положения, выносимые на защиту
1 О. Формальные основания представления работы
Е. Структура работы
Р. Личный вклад автора
в. Основные сокращения и обозначения
Г лава 1. Обзор библиографической информации
1Л. Первые работы в МПА
1.2. Обзор современных работ
1.2.1. Исследование МГД-эффектов при сверхзвуковом обтекании тел с внутренним источником магнитного поля
1.2.2. Численное моделирование работы МГД-систем на борту возвращаемых летательных аппаратов
1.2.3. Влияние проводимости обтекаемой поверхности на эффективность работы МГД -систем
1.2.4. МГД-управление потоком на входе в канал высокоскоростных двигателей
1.3. Заключение
Глава 2. Экспериментальная установка и методики исследования локального МГД-взаимодействия в гиперзвуковых потоках газа
2.1. Введение
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Устройства ионизации газа
2.4. Определение газодинамических параметров потока
2.5. Измерение электромагнитных величин
2.6. Система регистрации изображений
2.7. Методика оценки электрической проводимости в области ионизации
2.8. Точность измерения газодинамических и электрических величин
Глава 3. Исследование электрического разряда в гиперзвуковом потоке в магнитном поле
3.1. Импульсный разряд, инициированный вдоль магнитного поля
3.2. ВЧ-разряд, инициированный вдоль магнитного поля
3.3. Импульсный разряд, инициированный поперек магнитного поля

3.4. ВЧ-разряд, инициированный поперек магнитного поля
3.5. Обсуждения и выводы по Главе
Глава 4. Экспериментальное исследование влияния магнитного поля на гиперзвуковое обтекание клина при локальной ионизации газа перед моделью
4.1. Экспериментальное исследование гиперзвукового обтекания клина в потоке
воздуха
4.1.1. Обтекание клина при М =
4.1.2. Обтекание клина при М =
4.1.3. Обтекание клина при М =
4.2. Сравнение результатов экспериментальных исследований и численного
моделирования
4.3. Разделение силового и теплового влияния на поток
4.4. Влияние параметра Холла на эффективность гидромагнитного взаимодействия
4.5. Нестационарное МГД-воздействие на обтекание модели
4.6. Обсуждения и выводы по Главе
Глава 5. Экспериментальное исследование влияния магнитного поля на гиперзвуковое обтекание пластины при локальной ионизации потока на поверхности модели
5.1. Исследование МГД-взаимодействия при ионизации потока импульсным разрядом
поперек потока и магнитного поля
5.1.1. При нулевом угле атаки модели
5.1.2. При угле атаки модели 15 градусов
5.1.3. Определение величины параметра гидромагнитного взаимодействия
5.1.4. Исследование пульсаций разрядной области при ионизации потока импульсным разрядом
5.1.5. Экспериментальная демонстрация эффекта МГД-параипота
5.2. Исследование МГД-взаимодействия при ионизации потока ВЧ-разрядом поперек
потока и магнитного поля
5.2.1. Генерация скачка уплотнения на области разряда в магнитном поле
5.2.2. Экспериментальная демонстрация эффекта «МГД-элерона»
5.3. Обсуждения и выводы по Главе
Заключение
Список использованных источников

Введение
А. Задачи магнитоплазменной аэродинамики
Решение ряда проблем, сопутствующих созданию гиперзвуковых летательных аппаратов привели к возникновению новых направлений фундаментальных исследований в области магнитоплазменной аэродинамики. Сегодня магнитоплазменная аэродинамика (МПА) представляет собой современное направление науки и техники, которое изучает взаимодействие высокоскоростного газового потока с электрическим и магнитным полем. Таким образом, фундамент МПА составляют газовая механика, аэродинамика, физика низкотемпературной плазмы и магнитогидродинамика. Главная цель развития МПА состоит в применении магнитоплазменных способов управления потоком для решения задач аэрокосмических приложений. Основным объектом исследований является неравновесная, нестационарная, неоднородная низкотемпературная плазма, что существенно отличает МПА от газодинамики, плазмодинамики и электрогидродинамики.
В рамках МПА можно выделить три основных способа управления газовым потоком в соответствии с преобладающим механизмом воздействия: электромагнитный метод (взаимодействие электропроводного потока с электрическим и магнитным полем), энергетический метод (локальный подвод энергии в определенную зону течения) и плазмохимический метод (изменение направления и скорости химических реакций при генерации плазмы). Однако в большинстве экспериментальных работ указанные процессы происходят одновременно и разделение исследуемых плазменных эффектов на тепловую, электромагнитную или химическую составляющие является сложной, а иногда и невыполнимой технической задачей.
На рис. А.1 представлена упрощенная схема, отражающая общую структуру МПА на сегодняшний день.

Позже Битюрин и Бочаров представили результаты моделирования МГД-торможения возвращаемой капсулы «Стардаст» (Stardust) для различных модификаций магнитной системы [74, 75]. Расчеты проводились для режимов спуска в диапазоне высот от 81 до 51 км для чисел Маха от 42 до 25 (рис. 23).

а б в
Рис. 23. Моделирование работы МГД-системы на аппарате «Сардаст». Распределение электронной плотности на высоте 65 км при а) В = 0, б) В = 0.2 Тл, в) распределение теплового потока на поверхности:
7-В = 0, 2-В = 0.1 Тл, 3 - В = 0.2 Тл.
При расчете химического состава использовалась кинетическая схема, включающая 98 реакций для 11 компонентов воздуха. Задача рассматривается в приближении изотермической суперкаталитической поверхности. Показано, что на определенных режимах возможно уменьшить тепловой поток к поверхности аппарата в его критической точке в 2-3 раза, при увеличении полного аэродинамического сопротивления тела почти на порядок. Необходимо отметить, что согласно численным оценкам практически полное Торможение потока в ударном слое наблюдается уже при значениях магнитной индукции около 0.15 Тл. Это приводит к появлению возвратного течения вверх по потоку от магнитной системы. В свою очередь, возникновение возвратного течения приводит к занчительному снижению теплового потока в стенку в зоне вихря. Дальнейшее увеличение