高超声速进气道非线性失稳与迟滞电磁流动控制

超燃冲压发动机是高超声速推进的核心技术，进气道起动是发动机安全工作的首要条件。推迟、防止进气道不起动和不起动后迅速再起动的研究非常重要。而进气道不起动/再起动与进气道内压缩段分离泡的稳定性密切相关。针对此问题，采用非定常数值模拟与高频动态压力测量、高速纹影和PIV试验手段研究高超声速进气道不起动和再起动非线性动力学机制，在此基础上，探索利用磁流体（MHD）流动控制方法加速边界层、推迟/预防进气道不起动、减小从不起动到再起动非线性迟滞的流动控制规律，研究电磁场和等离子参数对分离流场的影响机制。项目预期将建立、验证高超声速进气道分离流场-电磁场-等离子体多物理场耦合机制数值模拟程序，揭示不起动/再起动非定常过程的非线性复杂流动机制与电磁流动控制规律。研究成果对高超声速进气道不起动/再起动的非线性动力学过程与流动控制具有重要意义，可为不起动/再起动的预警、燃烧的组织以及高效流动控制提供科学依据

本项目发展了一套求解雷诺时均的NS/MHD方程的非定常三维计算程序，通过经典算例验证了程序计算复杂非定常湍流和磁流体流动的正确性。采用该程序，研究了稳态反压作用下进气道流场的自激振荡和动态反压作用下的受迫振荡机理，结合快速傅里叶变换分析了反压作用下进气道-隔离段内部激波串非定常振荡的频谱特性，获得了激波串前缘激波位置与壁面静压时变关系的关联性，提出了前缘激波探测的三个原则。开展了风洞试验，获得了不同反压、不同壁温下进气道激波串特性，通过试验验证了计算结果。最后，研究了MHD加速边界层延迟抑制进气道分离、延迟进气道不起动的研究。研究发现，施加MHD控制后，进气道起动工作范围提高了28.3%。