CC BY
32
Механика жидкости и газа Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (3), с. 1217-1218
УДК 533.6
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ МГД-УПРАВЛЕНИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫМ ОБТЕКАНИЕМ ТЕЛ
© 2011 г. В.П. Фомичев, М.А. Ядренкин
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
Поступила в редакцию 15.06.2011
Экспериментально показано, что локальное МГД-взаимодействие в гиперзвуковом потоке позволяет изменять угол наклона скачка на клине и трансформирует присоединенный косой скачок уплотнения на тонкой пластине в отошедший прямой скачок.
Ключевые слова: локализованное МГД-взаимодействие в гиперзвуковом потоке, изменение угла наклона скачка на клине и пластине.
В настоящее время активно исследуются магнитогидродинамические (МГД) методы управления обтеканием тел в гиперзвуковом потоке воздуха для различных аэрокосмических приложений, таких как улучшение работы прямоточных воздушно-реактивных двигателей, усиление торможения возвращаемых летательных аппаратов при входе в верхние слои атмосферы и другие. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования МГД-взаимодействия в гиперзвуковом потоке на МГД-стенде (на базе ударной трубы), позволяющем моделировать натурные условия полетов на высотах 30-50 км с числами Маха 6, 8, 10 [1]. Для ионизации потока использовали различные конфигурации импульсного электрического разряда. Индукция используемого магнитного поля достигала 2.5 Тл, скорость набегающего потока -около 2000 м/с.
При исследовании локального МГД-взаимо-действия в потоке перед клином показано, что при величинах параметра гидромагнитного взаимодействия 5*=/В/(£йру) порядка 0.01-0.10 угол наклона присоединенного косого скачка уплотнения может быть изменен на 2-10 градусов при числе Маха набегающего потока 6-10. Постановка эксперимента проводилась по схеме, описанной в [2]. На рис. 1 приведена зависимость угла наклона присоединенного скачка уплотнения от величины параметра гидромагнитного взаимодействия при числе Маха потока М = 6. Данный метод может эффективно использоваться для управления скачками уплотнения на входе в воздухозаборник ПВРД при смене режима полета летательного аппарата.
Угол,0
34
30
26
/
/ А
А /
/
/
.
22
0 0.01 0.02 5
Рис. 1
Исходя из результатов высокоскоростной шли-рен-съемки, было установлено время формирования присоединенного скачка в условиях полета на высоте 30 км с числом Маха 6 при прохождении МГД-возмущенной области набегающего потока над клином. На рис. 2 в хронологическом порядке приведены кадры фотосъемки, на кото -рых отражено движение МГД-возмущенной области над поверхностью модели (рис. 2а - обтекание клина в невозмущенном потоке, рис. 26, в - при локальном МГД-возмущении; 1 - электроды, 2 - клин). Временной интервал между вторым и третьим кадрами составляет 3 мкс. Следовательно, время установления течения на клине не превышает 3 мкс. Проведены исследования обтекания тонкой пластины при локализованном МГД-взаимодействии на ее поверхности. На рис. 3 представлены шлирен-фотографии обтекания пластины: а - без магнитного поля, 6 - при В = 0.21 Тл, в - В = 0.34 Тл , г - В = 1 Тл; 1 - модель, 2 -электроды, 3 - экранирующие пластины).
Установлено, что при величине магнитной ин-
а) б) в) г)
Рис. 3
дукции свыше 1 Тл присоединенный скачок уплотнения, генерируемый передней кромкой, трансформируется в отошедший прямой скачок (см. рис.3). При этом значительно возрастает сечение взаимодействия пластины с потоком, что может быть использовано для усиления торможения тонкого тела в разреженном газе, например, при входе летательного аппарата в верхние слои атмосферы.
Проведенные исследования показали высокую эффективность и перспективность МГД-способов управления обтеканием тел в условиях гиперзву-ковых полетов в стратосфере. Экспериментальные
данные хорошо согласуются с результатами численных исследований при сходной постановке задачи [3, 4].
Список литературы
1. Fomin VM. et al. // AIAA 2004-1193, 2004.
2. Fomichev V.P. et al. // 19th Int. Shock Interaction Symposium, 2010.
3. Fomichev V.P., Korotaeva T.A., Shashkin A.P., Yadrenkin M.A. // Proc. of the 17th Int. conference on MHD energy conversion., 2009. Paper IK1-3.
4. Bityurin V.A., Bocharov A.N. // Proc. ofthe 17 th Int.
conf. on MHD Energy Conversion., 2009. Paper IK1-1.
THE EXPERIMENTAL STUDY OF MHD-CONTROL OF A HYPERSONIC FLOW AROUND BODIES
V.P. Fomichev, M.A. Yadrenkin
The experiments show that the local MHD-interaction in a hypersonic flow makes it possible to change the slope angle of the shock wave. The MHD-interaction over the thin plane transforms the attached shock wave to the detached normal shock.
Keywords: local MHD-interaction in a hypersonic flow, the shock wave slope angle alteration over the wedge and the plane.
