Магнитогидродинамическое управление ударно-волновой структурой потока воздуха
Место создания и проектирования перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов в развитии магнитоплазменных способов управления воздушным потоком. Принципы использования МГД-систем для торможения аппарата с одновременным снижением тепловых потоков.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 7,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Магнитогидродинамическое управление ударно-волновой структурой потока воздуха
М.А. Ядренкин
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и прикладной механики
им. С.А. Христиановича
Сибирского отделения Российской академии наук
Создание и проектирование перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов способствовало развитию магнитоплазменных способов управления воздушным потоком. Это обусловлено благоприятными условиями для проявления плазменных эффектов при полете в верхних слоях атмосферы, где ионизация воздуха может составлять 1011-1014 ne/см3. Таким образом, МГД-системы можно использовать для торможения аппарата с одновременным снижением тепловых потоков, а так же для организации маневра спускаемого аппарата на траектории. Основным параметром, характеризующим эффективность МГД-взаимодействия, принято считать число Стюарта, представляющее собой отношение электромагнитных сил к силам скоростного напора. С помощью данного параметра можно промоделировать процесс МГД-управления потоком в условиях эксперимента независимо от способа ионизации газа. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований МГД-воздействия на ударно-волновую структуру воздушного потока при обтекании модели пластины и клина в условиях внешней ионизации газа электрическими разрядами. волновой гиперзвуковой воздух торможение
Использование техники ударных труб позволяет моделировать высокоскоростные газовые потоки в широком диапазоне параметров. В ИТПМ на базе ударной трубы был создан МГД-стенд [1], позволяющий моделировать гиперзвуковые потоки воздуха с числами Маха 6-10, параметры которых соответствуют условиям полета на высотах 30-50 км над уровнем моря. Экспериментальный объем установки расположен внутри мощного электромагнита, способного генерировать однородное магнитное поле с индукцией до 2,2 Тл. Схема эксперимента показана на рис. 1. Модель пластины, размеры которой 50Ч50 мм, обтекает высокоскоростной воздушный поток. В обтекаемую поверхность пластины, по краям, вмонтированы электроды, между которыми инициируется электрический разряд с целью создания локальной проводимости газа. Область МГД-взаимодействия находится в однородном магнитном поле. Число Маха варьировалось от 6 до 8. Давление и плотность потока соответствовали условиям на высоте 30-40 км. Фотографирование потока с помощью шлирен-метода с использованием адаптивного визуализирующего транспаранта [2] позволяет регистрировать малые градиенты плотности при низких давлениях газа.
Рис. 1. Схема эксперимента
Исследование высоковольтного импульсного и высокочастотного (ВЧ) разрядов инициированных между свободных электродов (без модели) в гиперзвуковом потоке и магнитном поле показали, что вследствие сильного МГД-взаимодействия происходит стабилизация электрического разряда в области электродов и торможение ионизованного газа. В результате перед заторможенной областью потока образуется головной скачок уплотнения (рис. 2). В случае использования импульсного тока с увеличением магнитного поля происходит выдвижение разрядной области вверх по потоку, что объясняется наличием силовой составляющей. В случае использования ВЧ-разряда область ионизованного газа остается в области электродов.
При установке электродов на модель согласно рис. 1 любой тип разрядов сдувается потоком без магнитного поля, не оказывая никакого влияния на присоединенный скачок уплотнения, генерируемый передней кромкой. Включение магнитного поля приводит к стягиванию разряда в область электродов. На области разряда образуется висячий косой скачок уплотнения. На рисунке 3 показан процесс генерации висячего скачка при использовании импульсного разряда (Рис. 3а) и ВЧ-разряда (Рис. 3б).
Рис. 2. Стабилизация разряда в гиперзвуковом потоке и МГД-торможение. а - импульсный разряд; б - ВЧ-разряд.
Данный эффект был назван «МГД-щитком» по аналогии воздействия на ударно-волновую картину обтекания крыла реальным аэродинамическим щитком (Рис. 3в) и может быть использован для создания управляющих сил и моментов на поверхности высокоскоростных летательных аппаратов.
Рис. 3. МГД-щиток. а -- ВЧ-разряд, б -- импульсный разряд, в -- модель пластины с выпущенным аэродинамическим щитком.
Дальнейшее увеличение магнитного поля при использовании импульсного разряда приводит к выдвижению разрядной области вверх по потоку и к трансформации присоединенного скачка уплотнения в головной скачок, отошедший от передней кромки (рис. 4, снизу). Данные эксперимента наглядно демонстрируют возможность реализации МГД-парашюта, предложенном в работе [1] (рис. 4, сверху). Главная идея концепции состоит в том, чтобы снизить скорость спускаемого аппарата в верхних слоях атмосферы до величин, обеспечивающих умеренные тепловые нагрузки на его поверхность в более плотных слоях атмосферы. Хотя постановка эксперимента и численного моделирования отличаются друг от друга, согласование полученных ударно-волновых структур позволяют утверждать о соответствии механизма МГД-воздействия на поток.
Рис. 4. МГД-парашют. Численное моделирование сверху и экспериментальные результаты снизу.
Таким образом, экспериментально была продемонстрирована возможность создания локальной неравновесной проводимости потока и отмечена положительная роль магнитного поля в стабилизации зоны горения электрических разрядов. Продемонстрированные эффекты «МГД-щитка» и «МГД-парашюта» имеют потенциал быть использоваными для торможения гиперзвуковых летательных аппаратов и для корректировки траектории их движения.
Список литературы
1. Fomin V.M.,Fomichev V.P.,Golovnov I.A., Pozdnyakov G.A. Pravdin S.S., Korotaeva Т.А., Shashkin A.P., Yakovlev V.I. Study of MHD-interaction in hypersonic streams// AIAA 2004-1193, 2004 P. 7776-7784.
2. Pavlov A.A., Pavlov Al.A., Golubev M.P. Use of AVT for gas flow visualization// 14th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR-2008): Proc. Pt.1. Novosibirsk: Parallel, 2008. P. 92-93.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет температур поверхности кожуха аппарата прямоугольной формы; нагретой зоны герметичного блока; аппарата с внутренней принудительной циркуляцией воздуха; теплового режима аппаратов кассетной конструкции групп А и Б и с принудительной вентиляцией.
практическая работа [223,8 K], добавлен 06.08.2013Исследование взаимодействия тела постоянной и изменяемой формы (без ограничений перемещений) с потоком воздуха. Структура энергодинамической системы физических величин. Анализ элементов синтеза энергии. Механические воздействия потока на объект.
научная работа [637,3 K], добавлен 11.03.2013Причины возникновения подъемной силы летательного аппарата. Заслуги Жуковского в развитии аэродинамики. Понятие турбулентности и процесс возникновения зоны повышенной плотности на передней части снаряда. Принципы всасывания потока воздуха в двигатель.
реферат [2,2 M], добавлен 01.06.2013Применение и классификация теплообменных аппаратов. Принцип работы кожухотрубного теплообменного аппарата. Необходимость проведения гидравлического, конструктивного и проверочного тепловых расчетов. Построение температурной диаграммы теплоносителей.
курсовая работа [364,5 K], добавлен 23.11.2012Принципы управления электромагнитными процессами при пуске и торможении. Особенности конденсаторного торможения. Выбор электрооборудования, коммутационной и защитной аппаратуры для создания установки асинхронного электропривода. Техника безопасности.
дипломная работа [7,4 M], добавлен 23.10.2011Автоматизация процессов выполнения боевых операций. Управление полетом самолетов, вертолетов и ракет всех классов. Источники энергии на летательных аппаратах. Важность и сложность функций, выполняемых электрооборудованием летательного аппарата.
дипломная работа [33,3 K], добавлен 04.03.2012Сравнительная характеристика централизированной и децентрализированной систем воздухоснабжения. Управление системой сжатого воздуха и политика повышения эффективности её использования. Неправильное использование и основные случаи потерь сжатого воздуха.
реферат [528,8 K], добавлен 12.03.2016История воздухоплавания - управляемых и неуправляемых полетов на летательных аппаратах легче воздуха. Первые воздушные полеты в Париже Пилатра де Розье. Создание подъемной силы воздушного шара с применением водорода, гелия или нагретого воздуха.
презентация [697,6 K], добавлен 18.03.2013"Планетарная модель" атома Бора в основе квантовой механики, ее основные принципы, идеи и значение. Попытки объяснить корпускулярные и волновые свойства вещества в квантовой (волновой) механике. Анализ волновой функции и ее вероятностного смысла.
реферат [90,7 K], добавлен 21.11.2011Анализ принципов построения энергоснабжения космических аппаратов. Типовые функции верхнего уровня иерархии подсистемы энергоснабжения. Этапы проектирования солнечной батареи. Подсистема распределения электрической энергии космического аппарата.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.06.2016Свет как электромагнитные волны. Явление интерференции света. Характерные особенности дифракционных явлений в оптике. Демонстрационные эксперименты по волновой оптике. Изучение зависимости показателя преломления воздуха от давления, метод измерений.
курсовая работа [544,9 K], добавлен 18.11.2014Система автоматического управления электроприводом. Управление процессами пуска, торможения и реверсирования. Защита от кратковременных и длительных перегрузок и перенапряжений. Способы воздействия на объект регулирования. Число контуров регулирования.
лекция [703,4 K], добавлен 19.02.2014Потенциал и сферы использования солнечной энергии, которая трансформируется в другие формы: энергию биомассы, ветра или воды. Механизм действия солнечных коллекторов и систем, тепловых электростанций, фотоэлектрических систем. Солнечная архитектура.
курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.05.2011Исследование формы и расчётов характеристики динамического торможения. Расчет эквивалентного момента торможения, критического скольжения и момента, электромеханической характеристики ЭД. Схема динамического торможения АД с короткозамкнутым ротором.
лабораторная работа [15,6 K], добавлен 12.01.2010Характеристика двигателя и силовая схема электровоза. Определение параметров преобразовательной установки и скоростных характеристик. Расчёт системы реостатного торможения. Расчет тяговых электрических двигателей и систем управления подвижным составом.
контрольная работа [838,1 K], добавлен 12.02.2015Влияние ударно-волновых и краевых эффектов на измерение проводимости продуктов детонации контактной методикой. "Деформация" восстанавливаемого распределения электропроводности в зависимости от постановки эксперимента; существование двух зон проводимости.
дипломная работа [5,1 M], добавлен 02.06.2011Составление схемы управления АД, порядок выполнения его пуска и торможения. Определение эквивалентного тока торможения, критического скольжения и момента. Порядок построения механических характеристик исследуемого АД с к.з. ротором по данным расчетов.
лабораторная работа [401,5 K], добавлен 12.01.2010Повышение оперативности и точности перемещения звеньев механизма, приводимого в движение шaгoвым электродвигателем. Цифровые блоки управления. Запуск электродвигателя с этапами разгона и торможения ротора. Нулевое состояние триггера управления.
практическая работа [993,2 K], добавлен 12.05.2009Забор воздуха для подачи в котлы. Мероприятия по подогреву воздуха в зимний период. Проектирование воздухонагревательных установок. Аэродинамический расчет диффузора и конфузора. Система подогрева входящего воздуха. Расчет и выбор теплообменного аппарата.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 23.06.2011Основы проектирования котельных, выбор их производительности и типа. Тепловой расчет агрегата, определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов. Конструктивный расчет экономайзера, проверка теплового баланса.
дипломная работа [339,0 K], добавлен 13.12.2011
