[科普中国]-气动效应

简介

等离子体气动效应是通过带电粒子在空间电场作用下定向运动和等离子体的不稳定性，向燃烧室流场中的中性气体粒子传递动量和能量而成的“粒子的集体运动行为”，其中电场力起主要作用。

等离子体气动效应的机理等离子体气动效应影响燃烧室流场的原理是：通过设置于燃烧室上下两侧电极间的强电场将燃烧室中的气流电离，并使等离子体在洛伦兹力作用下沿电场梯度方向进行定向运动，带电粒子在运动过程中与燃烧室中的中性气体分子碰撞，发生动量交换，诱导燃烧室内空气根据电场强度分布定向流动，改变燃烧室内的速度分布特性，产生旋涡使其紊流化，从而增加燃烧室内的紊流度，起到增强燃料空气混合、扩大火焰稳定区域的作用。

在放电条件下，受等离子体气动效应的影响，在经过火焰稳定器前后速度不均匀，振荡幅度较大。相对于火焰稳定器后，火焰稳定器前的燃烧室轴向速度与正常流动之间的差距较大，而且火焰稳定器后的轴向速度沿正常流动时燃烧室的轴向速度上下振动，这是由于火焰稳定器后的电场体积力较小，所以与正常流动之间的差距较小，但由于激励器电极两端电压为交流电，导致电场体积力不断换向，带电粒子的运动方向和所传递动量的方向不断转变，火焰稳定器后的轴向速度也随之振荡1。

1）燃烧室流场受气动效应的影响，紊流度增大，速度分布不均匀。

2）随着激励电压的升高，燃烧室轴向速度振荡幅度增大。

3）随着进口流速的增加，等离子体气动效应对燃烧室的影响不断减小。

4）随着电荷密度的增加，火焰稳定器前后燃烧室流场轴向速度的振荡不断加剧。

电弧风洞模拟试验根据气动仿真分析， 对尖晶石整流罩进行了气动效应的试验研究。 主要包括气动加热应力测试试验、气动效应光学成像试验，前者主要采用电弧风洞试验，后者主要采用火箭橇试验。电弧风洞试验主要是利用风洞模拟产生的高温、强压超音速气流，模拟弹头的工作热环境，检测导引头受到强热气流冲击时，整流罩上温度的分布，以及能否保持良好的力学状态等2。

采用的装置主要有电弧加环境状态的流场，模拟真实弹道情况下，气动热效应对导引头整流罩的冲击影响。 由于装置条件所限，无法测量罩体的外壁温度分布，采用贴片温度传感器，测量了整流罩内壁主要点位的温度。

影响从力学方面来看， 高速飞行的整流罩主要承受两种力的作用， 一种是因空气动力学产生诱导的机械应力，另一种是气动加热产生诱导的热应力。 如果这些应力超过了罩体的承受压力极限， 就会发生破裂现象。