Управление режимами обтекания с помощью сильнонеравновесной плазмы газового разряда

• Автор: Рупасов, Дмитрий Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 121 с. : ил.

1 Введение

1.1 Актуальность исследований

1.2 Состояние исследований на текущий момент

1.3 Постановка задачи

1.4 Научная новизна работы

1.4.1 Основные положения, выносимые на защиту

1.4.2 Научная и практическая ценность работы

2 Гиперзвуковые течения сильнонеравновесной плазмы

2.1 Экспериментальная установка для изучения гиперзвуковых потоков плазмы

2.1.1 Вакуумная система

2.1.2 Система инициирования и контроля разряда в гиперзвуковом потоке

2.1.3 Система диагностики
2.2 Изменение сверхзвукового обтекания при воздействии на
гиперзвуковой поток газового разряда
2.2.1 Измерение давления полного напора за ударной
волной
2.2.2 Влияние зоны энерговыделения на параметры обтекания
2.2.3 Энергия и концентрация электронов плазмы
2.2.4 Распределение электрического поля
2.2.5 Изменение вращательной температуры потока
2.2.6 Измерение величины отхода ударной волны

2.2.7 Изменение картины обтекания под действием энерговклада в разряд
3 Численное моделирование обтекания тел разреженным гиперзвуковым потоком газа с возбужденными внутренними степенями свободы
3.1 Разработка вычислительного алгоритма описания течения
плазмы
3.1.1 Моделирование гидродинамики
3.1.2 Кинетическая схема
3.2 Результаты моделирования
3.2.1 Изменение картины обтекания цилиндра в зависимости от степени возбуждения внутренних степеней свободы гиперзвукового потока
3.2.2 Обтекание цилиндра при различных размерах зоны энерговыделения
4 Управление отрывом пограничного слоя с помощью скользящего наносекундного разряда
4.1 Развитие скользящего разряда вдоль поверхности
4.1.1 Экспериментальная установка для изучения развития разряда
4.1.2 Динамика развития наносекундного скользящего разряда
4.1.3 Изучение дополнительного импульса, вкладываемого в поток
4.2 Дозвуковая аэродинамическая труба МФТИ
4.2.1 Аэродинамический канал
4.2.2 Система измерения давления вдоль поверхности модели
4.2.3 Система подвода высокого напряжения и инициирования разряда
4.3 Влияние скользящего разряда на обтекание модели с хордой 0.1 м потоком газа

4.3.1 Измерение параметров потока и аэродинамических характеристик
4.3.2 Влияние геометрии электродов на параметры обтекания
4.4 Дозвуковая аэродинамическая труба ИТПМ
4.4.1 Экспериментальная установка
4.4.2 Организация разряда
4.4.3 Система диагностики течения потока
4.5 Экспериментальные результаты по управлению отрывом пограничного слоя при низком начальном уровне турбулентности
4.5.1 Влияние скользящего разряда на обтекание модели
с хордой 0.1 м потоком газа
4.5.2 Влияние скользящего разряда на обтекание модели
с хордой 0.5 м потоком газа
5 Выводы
СПИСОК РИСУНКОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

для состояния двухатомной молекулы матрицу сечений вращательных переходов можно выразить через сечения аоьЩ переходов из нулевого состояния на уровень Ь возбужденного квантового состояния
где С^ооо) - коэффициенты Клебша-Гордона [78] аналогично для вероятностей переходов
< РМЬ) >= 52 < РиЩ >
На рис.2.24 представлена матрица вероятностей переходов, которая была взята из работы [79]. В этой работе изучалось возбуждение иона молекулы азота вторичными электронами, возникающими при прохождении электронного пучка с энергией около 20 кЭв через струю азота. Благодаря пространственной неоднородности свечения разряда определялось вращательное распределение в и В2Т,д состояниях молекулы. Данные эксперименты проводились при условиях близких к параметрам настоящей работы (плотность потока пд = 5 ■ 1015ст~3, а поступательная температура газа Тд — 27.5К). При расчете вероятностей переходов Ро1 аппроксимировалась степенной зависимостью
(2Ь+1К ЕДЯ + 1)«1
причем из-за того, что молекула N2 гомоядерна, суммирование ведется по нечетным значениям квантового числа Ь.
На рис.2.25 приведен экспериментально полученный спектр излучения плазмы, спектр, рассчитанный по матрице вероятностей переходов полученных в работе [79], и обычный расчет, не учитывающий уширение вращательного распределения при заселении возбужденного состояния.
На рис.2.26 и 2.27 представлены спектры измеренные на оси симметрии в двух точках - до и после ударной волны соответственно. Для температуры газа до ударной волны, восстановленной по спектру, при малых мощностях разряда (около 5 Вт) было получено значение 20 ± 5К, а для температуры за ударной волной - 300 ± 30 К, что хорошо согласуется с