新一轮的高超声速技术对飞行器在“极端”环境和“极端”动力条件下的飞行提出了新的挑战，它也面临降热、减阻、控制、通讯等一系列的难题。高速飞行器强激波后高温气体电离形成具有导电性的等离子体流场，可利用磁场流动控制技术影响离子和电子的运动规律，进而改善飞行器气动性能；近年来，超导材料和电磁技术的快速发展又推动了这一领域的研究热潮。然而，高焓非平衡流场耦合电磁场会大大增加其研究难度，多物理场耦合使得测试技术本身也受到较大的挑战，磁场存在下的流动理论和规律也还没有得到深入研究，亟待相关工作的突破来支撑高超声速磁场流动控制技术走向工程应用。 

　　近期，力学所高焓气动物理与应用团队在高超声速磁流体流动控制的理论及控制规律研究中取得进展。首先，针对典型的钝头前缘区域，研究团队基于局部近似方法发展了磁流体流动的一维驻点线求解模型，该模型通过对流场参数合理的渐近假设，得到降维处理的磁流体驻点线方程，并引入激波曲面模型来修正脱体激波距离增大带来的偏差，以此来提高该方法的预测精度，结果表明脱体激波距离与二维计算结果偏差不超过3.5%，驻点热流的偏差也在5%以内；其次，研究团队通过将磁流体连续方程和径向动量方程联立，建立了激波脱体距离理论求解模型，得到了更为直观的激波脱体距离解析表达式，该计算模型对于高超声速磁流体流动控制实验的快速设计和结果分析具有指导意义。另外，针对高焓脉冲设备较短测试时间下能否建立稳定弓形激波等问题，研究团队基于Patz理论与无粘数值计算相结合的方法进行了研究，结果表明在激波反射过程中，磁场加入会导致驻点线附近气体滞留程度增加，弓形激波稳定所需要的时间增加，且磁相互作用系数越大，所需稳定时间越长，即在较大磁相互作用系数状态下，激波管实验需要评估稳定激波是否建立，这一部分研究成果对于脉冲风洞的实验设计具有重要指导意义。 

　　相关研究成果发表在Physic of Fluids (2023, 35(3): 036101)、Journal of Spacecraft and Rockets (2022, 59(4): 1372-1379)、力学学报(2021, 53(6): 1515-1531)、力学学报(2021, 53(9): 2493-2500)和航空学报(2022, 43(S2): 727718)上，汪球高级工程师为通讯作者，特别研究助理罗凯和硕士研究生李逸翔分别为第一作者，部分成果曾由罗凯在第2届中国空气动力学大会上进行过交流，并获得“青年优秀论文奖”。研究工作得到了国家自然科学基金(12072353)和中国科学院青年创新促进会(2021020)等项目的资助。 

图1  磁流体一维驻点线计算结果对比，1D表示仅考虑洛伦兹力，1D-SC表示考虑激波曲面修正，2D表示二维数值模拟结果 

图2：MHD激波脱体距离理论求解，无量纲激波脱体距离与磁相互作用系数的关系曲线

　　论文链接： 

　　https://doi.org/10.1063/5.0138366 

　　https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.A35315 

　　https://lxxb.cstam.org.cn/cn/article/doi/10.6052/0459-1879-21-067 

　　https://lxxb.cstam.org.cn/cn/article/doi/10.6052/0459-1879-21-127 

　　https://hkxb.buaa.edu.cn/CN/Y2022/V43/IS2/76