一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置的制作方法

1.本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置。


背景技术：

2.磁流体动力学主要研究在磁场作用下的等离子体流运动规律，在高超声速领域，主要用于高超声速飞行器的减阻、热防护设计和增强通信领域。
3.临近空间中下层的高马赫数高超声速飞行器面临复杂的等离子体环境，对高超声速飞行器的气动特性、通信等产生重要影响，同时也为实现电磁流动控制提供了条件。高超声速气流在高超声速飞行器头部形成弓形激波，高超声速气流穿过弓形激波后，强大的动能在很短的时间内转化为空气分子的内能，空气分子的热运动加剧，产生了高温真实气体效应，发生了离解和电离，出现了等离子体流动既电子流运动。如果在高超声速流场中加入磁场，通过产生的电磁力改变高超声速流场中激波后的离子以及电子的运动，就有可能改变高超声速流场中平衡能量的分布。
4.利用高超声速风洞试验来评估磁场对模型电磁流动特性的影响是一种有效的地面试验方法。当前，亟需发展一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置。磁流体中所含电子密度以及外加磁场的位置和大小，对控制区域后的壁面热流有影响，本发明的降低模型壁面热流的磁控试验装置主要关心在同等流场条件下，外加磁场后，模型壁面热流是否降低，并不用于测量壁面热流变化的准确值。
6.本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置，其特点是，所述的磁控试验装置包括钝楔磁控试验模型、磁体块、磁体安装套和壁面热流测量孔；钝楔磁控试验模型为前缘钝化、半楔角30
°
的上下对称的尖劈；磁体块为长方体，材料为永久磁铁；磁体安装套为上方开口的方形壳体，材料为非导磁材料；磁体块滑动嵌入磁体安装套中，磁体块的表面与磁体安装套上方边缘平齐，形成组合体；组合体滑动嵌入钝楔磁控试验模型的上楔面上、头部前缘后方的平面区域，组合体的上表面与钝楔磁控试验模型表面平齐并光滑过渡；在钝楔磁控试验模型头部前缘、上楔面和下楔面上设置有若干个上下对称的壁面热流测量孔。
7.进一步地，所述的钝楔磁控试验模型材料为碳钢，钝楔磁控试验模型的流向长度大于钝楔磁控试验模型的宽度。
8.进一步地，所述的磁控试验装置用于马赫数6以上的高超声速风洞磁控试验。
9.本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置，在钝楔磁控试验模型的上楔面
外加磁场，产生使钝楔磁控试验模型壁面边界层附近带电粒子减速的洛伦磁力，通过改变外加磁场区域及后缘激波层厚度，降低钝楔磁控试验模型的壁面热流。
10.本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置能够降低控制区域的壁面热流，为高超声速飞行器防热设计提供了一种参考装置，为等离子体流动控制特性分析提供了一种参考方法。
附图说明
11.图1为本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置的结构示意图；图2为本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置在钝楔磁控试验模型楔面控制区后的壁面热流测量试验结果图。
12.图中，1.钝楔磁控试验模型；2.磁体块；3.磁体安装套；4.壁面热流测量孔。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
14.如图1所示，本发明的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置包括钝楔磁控试验模型、磁体块、磁体安装套3和壁面热流测量孔4；钝楔磁控试验模型为前缘钝化、半楔角30
°
的上下对称的尖劈；磁体块为长方体，材料为永久磁铁；磁体安装套3为上方开口的方形壳体，材料为非导磁材料；磁体块滑动嵌入磁体安装套3中，磁体块的表面与磁体安装套3上方边缘平齐，形成组合体；组合体滑动嵌入钝楔磁控试验模型的上楔面上、头部前缘后方的平面区域，组合体的上表面与钝楔磁控试验模型表面平齐并光滑过渡；在钝楔磁控试验模型头部前缘、上楔面和下楔面上设置有若干个上下对称的壁面热流测量孔4。
15.进一步地，所述的钝楔磁控试验模型材料为碳钢，钝楔磁控试验模型的流向长度大于钝楔磁控试验模型的宽度。
16.进一步地，所述的磁控试验装置用于马赫数6以上的高超声速风洞磁控试验。
17.实施例1：
18.本实施例中，钝楔磁控试验模型1的流向长350mm、宽200mm，头部钝化半径20mm，半楔角30
°
；磁体块2的永久磁体磁场强度为0.6t，安装在上楔面上、紧靠头部前缘后方的平面区域。
19.进行高超声速风洞试验时，首先将高超声速风洞运行参数设定好，试验气体为空气，来流速度11km/s，以保证来流速度经过钝楔磁控试验模型1进行钝楔绕流后能够产生足够的电子。其次，在外加磁场作用下，洛伦兹力使得流动减速，并改变控制区域后缘的激波层厚度，降低钝楔磁控试验模型1的壁面热流。
20.图2为钝楔磁控试验模型楔面控制区后的壁面热流测量试验结果，试验结果表明：上楔面外加磁场后，壁面热流密度相对下楔面最大降低13.95%，磁体块2确实能够降低钝楔磁控试验模型的壁面热流。
21.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。


技术特征：
1.一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置，其特征在于，所述的磁控试验装置包括钝楔磁控试验模型（1）、磁体块（2）、磁体安装套（3）和壁面热流测量孔（4）；钝楔磁控试验模型（1）为前缘钝化、半楔角30
°
的上下对称的尖劈；磁体块（2）为长方体，材料为永久磁铁；磁体安装套（3）为上方开口的方形壳体，材料为非导磁材料；磁体块（2）滑动嵌入磁体安装套（3）中，磁体块（2）的表面与磁体安装套（3）上方边缘平齐，形成组合体；组合体滑动嵌入钝楔磁控试验模型（1）的上楔面上、头部前缘后方的平面区域，组合体的上表面与钝楔磁控试验模型（1）表面平齐并光滑过渡；在钝楔磁控试验模型（1）头部前缘、上楔面和下楔面上设置有若干个上下对称的壁面热流测量孔（4）。2.根据权利要求1所述的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置，其特征在于，所述的钝楔磁控试验模型（1）材料为碳钢，钝楔磁控试验模型（1）的流向长度大于钝楔磁控试验模型（1）的宽度。3.根据权利要求1所述的用于降低模型壁面热流的磁控试验装置，其特征在于，所述的磁控试验装置用于马赫数6以上的高超声速风洞磁控试验。

技术总结
本发明属于高超声速风洞试验技术领域，公开了一种用于降低模型壁面热流的磁控试验装置。钝楔磁控试验模型为前缘钝化、半楔角30


技术研发人员：常雨 张宏安 秦峰 龚红明 罗仕超
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/8/28