第页作为电磁流动控制在热防护领域的新应用,磁控热防护技术成为研究热点。它利用洛伦兹力控制高超声速飞行条件下弓形激波后的等离子体层减速流体、推出激波、降低温度梯度,从而实现热防护。以磁控等离子体热防护为对象,综合采用理论分析、数值模拟和地面试验手段,对高温真实气体流场和电磁场的相互作用机理开展研究,探索并发展了高温等离子体流场耦合电磁场的理论及CFD数值模拟技术,对耦合电磁场的高超声速流动结构及热防护机理进行了深入分析。在此基础上,开展了磁控热防护原理性试验研究,验证了磁控热防护技术原理上的可行性。首先建立了常规螺线管磁控热防护系统的物理模型。针对OREX再入返回舱的防热问题,采用常γ气体模型下的低磁雷诺数磁流体数学模型,分析了磁场强度、形态及螺线管几何参数对磁控热防护效果的影响,研究了该系统的工程可行性。从常规圆柱螺线管磁控系统的缺陷出发,提出了基于随形螺线管的新概念磁控热防护系统。研究表明,磁控热防护存在“饱和”现象,但磁控激波不存在该现象。常规圆柱螺线管磁控系统有一个相对较优的安装位置,距离驻点过远无法满足电流密度上限的要求,过近则会使得肩部热环境恶化。相比常规圆柱螺线管,随形螺线管磁控热防护系统在同样的励磁电流下,磁控热防护效果更好,并且所需导线长度仅为前者的1/6。建立了基于多块结构网格的热化学非平衡流并行计算平台。讨论了对非平衡气动热计算结果产生影响的三个重要因素:网格、壁温、壁面催化条件,给出了非平衡热流网格收敛性的一般性判据。基于对现有的催化模型缺陷分析,提出了一种新的氧与石英壁面之间的8反应混合催化模型,并对催化反应的机理以及模型的不确定性进行了分析。研究表明,随着壁面温度的增加,对催化复合系数贡献起主导作用的反应分别为:LH复合反应、ER置换反应、O₂解吸附反应。对模型结果影响最大的参数是化学活化区域浓度和半径,需要对石英壁面材料的缺陷性质进行仔细分析以获得准确的催化系数建立了热化学非平衡条件下的低磁雷诺数SMFD数值计算模型。分析了高温气体效应对磁控效果的影响。对影响磁控热防护效果的电导率模型、电磁能量振动能分配比、壁面催化条件进行了研究。以OREX为对象,得到了磁控热防护系统有效工作的飞行工况范围,并研究了添加“种子粒子”对磁控性能的提升效果。通过对两极磁场磁控系统缺陷的分析,提出了多极磁场磁控热防护的概念。研究表明,考虑高温真实气体效应后,磁控热防护效果同样存在“饱和”现象,高温气体效应并未改变磁场分布对磁控效果的影响规律。对于OREX而言,当磁相互作用参数大于1.0时才能达到比较好的磁控热防护效果。种子粒子添加量对于磁控激波性能的提升存在“饱和”现象,其对磁控性能的提升在低马赫数工况工况更明显。相比于单磁铁,通正向电流的五磁铁多极磁场作用下的激波脱体距离明显增加,热防护效果相对较好。建立了磁控热防护机理分析模型,通过分析洛伦兹力逆流向和法向分量在热防护中的作用,深入研究了磁控防热和激波控制机理。在此基础上,设计了一种变磁感线-流线夹角磁场,优化了磁控激波和热防护效果。研究表明,磁控热防护和磁控激波机理并不相同。前者主要取决于洛伦兹力对附面层的作用,在驻点区逆流向洛伦兹力对流体的减速作用占主导,而肩部区法向洛伦兹力对流动得偏转作用占主导。磁控激波效果主要取决于与波后逆流向洛伦兹力的大小,波后逆流向洛伦兹力越大,磁控激波效果越好。在保证较优的洛伦兹力对附面层的作用效果的基础上,增加波后逆流向洛伦兹力,进而增加激波脱体距离,可以进一步提高磁控热防护效果。建立了热化学非平衡条件下的霍尔电场数值计算模型,分析了霍尔电势场收敛性的影响因素,提出了当地变步进因子加速电场收敛方法。建立了非平衡流场、磁场和霍尔电场的耦合计算模型,分别基于拟合碰撞频率和均布常霍尔系数模型,分析了不同磁场强度、不同壁面导电性下霍尔效应对磁控效果的影响。研究表明,存在一个最优的步进因子使得霍尔电场收敛速度最快,并且随网格尺度的减小和霍尔系数的增加,电势场收敛速率变慢。对于局部加密网格而言,当地变步进因子法的电势收敛性明显优于常规的定步进因子法。壁面导电性对磁控热防护系统影响很大。导电壁面情况下磁控系统几乎完全失效,因此实际应用中飞行器壁面应采用绝缘性能良好的材料。但即使采用绝缘壁面,在较强磁场（0.5T）情况下,磁控效果也明显变弱。开展了磁控热防护原理性试验研究。根据调研、等离子体风洞喷管内和试验件绕流仿真、温度场流固耦合仿真以及陶瓷外壳热考核结果,确定了试验工况、陶瓷外壳选材、磁铁方案、水冷方案、隔热方案,完成了试验方案设计。试验结果表明,在永磁铁磁场作用下,试验件外壳驻点温度和近肩部温度比无磁场条件下分别低了90K和252K,冷壁温度低了100 K,磁控热防护效果明显,验证了磁控热防护系统的有效性。