高超声速磁流体力学控制霍尔效应影响

摘要

针对霍尔效应对高超声速磁流体力学控制的影响问题,考虑高超声速流动过程中高温化学反应、气体分子热力学温度激发(即平动、转动、振动以及电子温度能量模态之间的激发与松弛过程)及多电离组分等离子体霍尔系数分布,通过耦合求解各向异性霍尔电场泊松方程和带电磁源项的高温热化学非平衡流动控制方程组,建立了高超声速流动磁流体力学控制霍尔效应数值模拟方法,开展了多种条件下高超声速流动磁流体力学控制数值模拟,分析了霍尔效应"漏电"与"聚集"现象原理及其对气动力/热特性的影响机制,详细探讨了不同空域、速域和飞行器特征尺度条件下霍尔效应的作用机理和影响规律.研究表明:1)霍尔效应改变了流场等离子体洛伦兹力分布,削弱了整体的力学效果,使整体的磁阻特性降低;2)霍尔效应对高超声速磁流体力学控制的影响,与壁面导电性和壁面附近漏电层的"漏电"现象紧密相关,要增强磁控效果,必须抑制壁面附近的"漏电"现象;3)霍尔效应对磁控热防护效果的影响较为复杂,受"漏电"现象和电流"聚集"现象共同作用;4)基于本文基准状态,当高度高于67 km或速度高于5.7 km/s或特征尺度大于0.5 m时,霍尔效应使磁控热防护效果增强,电流"聚集"现象对气动热环境的影响占主导;反之,则霍尔效应使磁控热防护效果减弱,"漏电"现象对气动热环境的影响占主导.