Экспериментальное исследование формирования вихревых течений газа в сильных электрических полях

• Автор: Савельев, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 99 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
2Л. Модели и устройства для формирования плазмы на их поверхности
2.2. Секционированный разрядник для получения протяженного искрового разряда
2.3. Сверхзвуковая аэродинамическая труба
3. ОПИСАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Шлирен-визуализация течения
3.2. Particle Image Velocimetry
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА ПРИ НАЛИЧИИ РАЗРЯДА В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
4.1. Электрические характеристики диэлектрического барьерного разряда
4.2. Исследования стационарного течения воздуха, вызванного разрядом
4.3. Исследование нестационарного течения воздуха, вызванного разрядом..
4.4. Инициирование диэлектрического барьерного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха
4.5. Исследование электрических характеристик искрового протяженного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха
4.6. Исследование влияния локального теплоподвода в сверхзвуковой поток газа на
процесс формирования отрывного течения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время аэродинамика летательных аппаратов, основанная на геометрии его частей, приближается к совершенству. Направление совершенствования профиля крыла и других компонентов самолета за счет геометрии практически себя исчерпало. Поэтому в настоящее время все больше усилий ученых и инженеров тратится на то, чтобы применять новые перспективные способы улучшения картины течения воздуха вокруг поверхности летательного аппарата, т.н. активные методы управления. К первым попыткам применения таких устройств можно отнести микроэлектромеханические системы (МЕМ8-технологии) - технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. В аэродинамике данные устройства применяются в качестве механических осцилляторов и генераторов вихрей. При этом из-за небольшого размера эти устройства обладают малой инертностью (или временем отклика), что позволяет управляющей электронике быстро реагировать на изменение параметров обтекания и управлять ими с помощью МЕМБ-актуаторов — устройств, работающих на основе МЕМБ-технологий. Однако малый размер ограничивает величину действия на поток газа, другими словами, в высокоскоростных потоках газа энерговклад в поток оказывается небольшим.
Другим типом перспективных устройств управления потоком газа являются плазменные актуаторы. Основная идея в этом случае заключается в том, что потоке газа (воздуха) создается электрический разряд различного вида, при этом поток приобретает дополнительные добавки к параметрам, например, энтальпии за счет дополнительного ускорения частично ионизированного газа в сильном электрическом поле или за счет нагрева газа. Основные используемые типы разряда — это коронный, искровой, диэлектрический барьерный разряд (ДБР). В отличие от механических актуаторов, с помощью плазменных устройств можно вкладывать в

набегающий поток газа практически неограниченное количество энергии, при этом инертность эти устройства не уступают МЕМБ в быстродействии. При этом нужно отметить, что развитие плазменной аэродинамики сопровождается бурным развитием полупроводниковой электроники и технологий преобразования электрической энергии.
Активное управление процессом обтекания поверхности твердого тела можно встретить и в природе. Известно, что сила сопротивления движению живой рыбы в воде меньше, чем в случае мертвой рыбы. Сейчас известно, что рыба в процессе эволюции приобрела способность управлением ламинарно-турбулентным переходом в пограничном слое воды вблизи поверхности тела с помощью слабых вибраций ее кожи. Это свойство обнаружено также и у некоторых млекопитающих, например, у дельфинов.
Считается, что впервые возможность управления потоком была продемонстрирована Прандтлем в 1904 г. Он использовал активный метод управления - отсасывание с поверхности тела жидкости для затягивания отрыва потока от стенок цилиндра. В этом же году Прандтль представил научному обществу свою теорию пограничного слоя, а также теорию стационарного отрыва потока. Метод затягивания отрыва применялся и на реальных летательных аппаратах. Технически это реализовалось в виде канала между областями с повышенным значением давления и с пониженным значением давления на поверхности крыла. Более поздние варианты предусматривали пористую поверхность крыла, так что давление в различных точках на его поверхности самосогласовывалось таким образом, что отрыв при критических параметрах крыла не происходил. Более того, такой способ приводит к затягиванию ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое, что в свою очередь существенно снижает уровень вязкого трения, которое при ламинарном режиме, как известно, меньше. И, наконец, ламинарный режим течения характеризуется меньшим уровнем шума, производимым летательным аппаратом, что, конечно, важно с учетом нагрузки на авиатранспорт сегодня. Для экспериментальной проверки
GS/s LeCroy WaveRunner 104ХІ по показаниям высоковольтного пробника 1:1000 Tektronix P6015A, подключенного к разряднику. В качестве источника напряжения использовался высоковольтный источник Spellman SL15P2000 регулируемым напряжением 0-15 кВ с шагом 10 В и максимальной выходной мощностью 2 кВт.
Рис. 8. Фотография профиля КАСА64А212 из кварца с сегментированным
разрядником.
2.3. Сверхзвуковая аэродинамическая труба.
Эксперименты по исследованию процесса инициирования электрического разряда в сверхзвуковом потоке воздуха проводились на атмосферно-вакуумной сверхзвуковой аэродинамической трубе СТ-4. Схема установки представлена на Рис. 9. Подготовка и запуск осуществляется в следующем порядке. При закрытом вакуумном затворе 10 газгольдеры 12 общим объемом 240 м3 откачиваются двумя вакуумными насосами до давления 0.01-0.05 атм в течение получаса. После этого при закрытой пневмозадвижке 1 открывается вакуумный затвор с помощью привода 9 и давление в рабочей камере 4 выравнивается с давлением в газгольдерах.