Нестационарное взаимодействие плоской ударной волны с областью наносекундного распределенного сильноточного скользящего разряда

• Автор: Орлов, Денис Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор работ по нестационарным взаимодействиям ударных волн (в том числе с разрядами)

1.1. Взаимодействие ударных волн с препятствиями

1.2. Взаимодействие ударных волн с газодинамическими возмущениями

1.3. Взаимодействие ударных волн с областью поверхностного подвода энергии

1.3.1. Исследование взаимодействия ударных волн с «тепловым слоем»

1.3.2. Исследование взаимодействия ударных волн с плазмой газового разряда

1.3.3. Виды плазменных актуаторов (поверхностные разряды, используемые для управления скоростными потоками газа)

1.4. Выводы к главе

Глава 2. Экспериментальная установка и методы исследования

2.1. Экспериментальная установка
2.1.1. Ударная труба
2.1.2. Разрядная секция и система синхронизации
2.2. Наносекундный поверхностный разряд
2.3. Методы исследования
2.3.1. Методы исследования разряда
2.3.2. Методы исследования газодинамического потока с разрывами
2.4. Порядок проведения экспериментов
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Исследование пространственных и временных характеристик разряда при его инициировании в момент нахождения ударной волны в разрядном промежутке
3.1. Исследования интегрального свечения плазмы. Структура свечения
3.2. Исследования интегрального свечения плазмы. Пространственные характеристики свечения
3.3. Исследования интегрального свечения плазмы. Случай выхода разряда
из межэлектродной области
3.4. Исследования интегрального свечения плазмы. Критерий смены режимов свечения

3.5. Исследования интегрального свечения плазмы. Исследование интенсивности свечения разряда с уменьшением параметрах
3.6. Исследование временных характеристик свечения разряда в присутствии ударной волны
3.7. Выводы к главе
Глава 4. Исследование газодинамического аспекта взаимодействия импульсного поверхностного разряда с разрывным течением
4.1. Теневые исследования взаимодействия падающей ударной волны с импульсным поверхностным разрядом
4.1.1. Теневые исследования на базе однокадровой схемы зондирования течения
4.1.2. Теневые исследования на базе двухкадровой схемы зондирования течения
4.2. Исследования взаимодействия падающей ударной волны с «релаксирующей» областью
4.3. Выводы к главе
Глава 5. Оценка энергетических параметров неравновесного пристеночного слоя
газа, образованного импульсным скользящим разрядом
5.1. Численное моделирование
5.2. Модель однородного мгновенного энерговклада (МОМЭ)
5.3. Модель неоднородного мгновенного энерговклада (МНОМЭ)
5.4. Выводы к главе
Заключение. Основные выводы по результатам работы
Список литературы
Список статей, тезисов и материалов конференций, опубликованных по результатам работы

Введение.

Актуальность работы. Интенсивно проводимые в последние годы исследования в области взаимодействий ударных волн с плазмой различных типов разрядов, влияния возникающих неоднородностей и слабых возмущений на распространение газодинамических разрывов имели конечную прикладную цель - коррекцию режимов обтекания. Для обеспечения безопасного и эффективного полета на высоких скоростях необходимо максимально исследовать возможность контроля сверхзвукового потока. В зависимости от стадии полета реализуется либо нестационарный, либо стационарный, установившийся, режим течения. Нестационарное течение характеризуется изменением во времени параметров газа и положений разрывов, что затрудняет управление потоком и ведет к необходимости корректировки степени воздействия на поток. В случае импульсного локального воздействия приходится изменять не только интенсивность воздействия, но и точку воздействия.
Проводимый в диссертации анализ газодинамического аспекта воздействия импульсного разряда на поток с ударной волной позволяет также оценить некоторые параметры плазмы и более глубоко понять протекающие в ней физико-химические процессы.
Постановка задачи. В данной работе решается фундаментальная задача плазменной газодинамики о нестационарном взаимодействии газодинамического разрыва (ударной волны) с приповерхностной областью поперечного импульсного сильноточного скользящего распределенного разряда. Решается самосогласованная задача взаимного воздействия двух объектов исследования — ударной волны и импульсного разряда
Цель диссертационной работы - экспериментально исследовать нестационарный процесс взаимодействия высокоскоростного потока воздуха с плоской ударной волной с приповерхностной протяженной областью газа, созданной импульсным скользящим сильноточным поперечным разрядом. На пути к данной цели необходимо было решить две взаимосвязанные задачи: исследовать воздействие на высокоскоростной поток газа с ударной волной импульсного источника энерговклада на основе поверхностного разряда; исследовать влияние течения с ударной волной на развитие разряда, и по анализу газодинамических полей течения оценить параметры приповерхностного слоя газа, образованного разрядом при различных условиях и на различных временных стадиях после его инициирования.
При решении этих задач необходимо было:

высоких начальных давлениях область плазмы вытягивалась в сторону источника излучения под влиянием поглощения энергии излучения возбужденными молекулами плазмы. Этот случай близок к [139], где исследовалась деформация области плазмы без наличия внешних возмущений. При сильных ударных волнах и низком начальном давлении определяющим механизмом являлось воздействие волны и спутного потока на область плазмы. Соответственно плазма вытягивалась в сторону распространения ударной волны.
В работе [140] исследуется взаимодействие плоской ударной волны с взрывной ударной волной, образованной фокусировкой лазерного излучения. Авторами рассматривались три начальных условия взаимодействия: инициирование взрывной волны перед ударной волной, за ней и на ее фронте. Было обнаружено, что конфигурация течения сильно изменяется с течением времени. Проводилось сравнение экспериментальных результатов с результатами численного расчета, на основе уравнений Эйлера для идеального невязкого газа.
Взаимодействие ударной волны с областью оптического пробоя исследовалось в [141]. С помощью импульсного СОг лазера с энергией импульса IV—2-3 Дж и длительностью импульса /ш,„=10'7 с одновременно создавались две области пробоя: в фокусе линзы и на поверхности пластины. Области были удалены друг от друга на расстояние 15-20 мм. При оптических пробоях формируются ударные волны, взаимодействующие друг с другом, с пластиной и с областями горячего возбужденного лазерной искрой газа. С помощью инфракрасной голографической интерферометрии была измерена средняя концентрация электронов в сферической области лазерной искры. Было установлено, что ударная волна взаимодействует с областями слабоионизованной плазмы. Теневые исследования показали, что при распространении ударной волны по области объемной плазмы и по области плазмы вблизи пластины происходит ее сильное затухание. При взаимодействии с объемной плазмой наблюдается деформация границы плазмы, в случае плазмы вблизи поверхности такого эффекта не было обнаружено, как не было обнаружено и отраженной от пластины ударной волны. При этом, по мненшо авторов, диссипация ударной волны не может быть связана только с процессами на границе. Авторами также утверждается, что такой эффект не может бьггь связан и с размытием фронта ударной волны при прохождении через слабоионизованную плазму, т.к. любое сильное (на порядок) изменение интенсивности волны было бы зарегистрировано с помощью чувствительной теневой схемы. Результаты экспериментов сравнивались с результатами экспериментов по взаимодействию ударных волн с тепловыми поверхностными неоднородностями