Электрические разряды в сверхзвуковых потоках

Тимофеев, Борис Игоревич

Электрические разряды в сверхзвуковых потоках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Тимофеев, Борис Игоревич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.08 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Электрические разряды в сверхзвуковых потоках»

Автореферат диссертации на тему "Электрические разряды в сверхзвуковых потоках"

На правах рукописи

Тимофеев Борис Игоревич ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В СВЕРХЗВУКОВЫХ ПОТОКАХ

Специальность 01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре физической электроники физического факультета Московского государственного университета им. М.ВЛомоносова

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент А.П.Ершов Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, профессор В.А.Левин; кандидат физико-математических наук, В.А.Довженко

Институт общей физики Российской Академии Наук (ИОФАН)

Ведущая организация:

Защита состоится 3 марта 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.66 в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, физический факультет МГУ, Северная физическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан "_"_2005 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плазменные технологии представляют безусловный интерес для решения двух прикладных задач сверхзвуковой и особенно гиперзвуковой аэродинамики: управления аэродинамическими характеристиками летательных аппаратов (ЛА) и плазменно-стимулированного горения. Сложность задач делает весьма важным проведение модельных аэродинамических экспериментов с электрическими разрядами в сверхзвуковых потоках воздуха и реагирующих газовых смесях.

Теоретическое обоснование возможности управления аэродинамическими характеристиками сверхзвуковых ЛА с помощью локальных зон энерговыделения и внешнего горения было дано в работах Черного Г.Г., Левина В.А., Бартльме Ф. и др. Одним из перспективных способов создания таких зон является организация в набегающем потоке электрических разрядов различного типа.

Еще более перспективным представляется применение газоразрядной плазмы для воспламенения и стабилизации горения воздушно-топливной смеси в камерах сгорания гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных и детонационных двигателей. При столь высоких скоростях полета только применение плазменных источников способно обеспечить объемное и быстрое воспламенение топливно-воздушной смеси за счет эффективной наработки первичных радикалов, продуктов неполного сгорания конверсии и крекинга

Исследования электрических разрядов в сверхзвуковых потоках воздуха были начаты в ЦАГИ еще в 60-х годах прошлого века В.И.Алферовом и продолжены в конце 90-х годов. Как правило, это были разряды постоянного тока (РПТ), создаваемые в аэродинамических трубах с числами Маха М < 4.

Физически наиболее общим случаем электродных разрядов является поперечный разряд - с взаимно перпендикулярной ориентацией потока и

плоскости размещения электродов. Однако, несмотря на накопленный экспериментальный материал, физическое понимание и теоретическое осмысление полученных результатов далеки от завершения. С одной стороны, это обусловлено чрезвычайной сложностью объекта из-за сильной нестационарности и неоднородности как макро, так и микроскопических параметров разрядов в сверхзвуковых потоках. С другой - высокой стоимостью и трудоемкостью экспериментов в аэродинамических трубах, необходимостью применения мощных стационарных высоковольтных источников питания. Более того, из-за весьма ограниченного числа гиперзвуковых аэродинамических труб практически важный случай разрядов в гиперзвуковых потоках изучен еще в меньшей степени.

Поэтому, во-первых, несомненный интерес представляет сравнение свойств разрядов постоянного тока в сверх- и гиперзвуковых потоках воздуха и изучение возможности переноса свойств и характеристик плазмы от невысоких чисел Маха к большим.

Во вторых, с физической точки зрения, учитывая нестационарный характер горения поперечного разряда постоянного тока в потоке, представляется целесообразным, не ограничиваясь исследованием РПТ, использовать импульсный режим. Его применение даст возможность не только детально изучить поведение разряда во времени, но и в широких пределах проварьировать внешние параметры разряда. Очевидно, импульсный режим не требует применения стационарных аэродинамических труб. Использование импульсной баллонно-вакуумной установки (со временем работы порядка секунд) позволяет существенно расширить диапазон изменения внешних параметров разряда, что принципиально для выяснения его физической картины. Кроме того, подобный режим работы не требует больших денежных затрат на проведение эксперимента.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование и численное моделирование электрических разрядов в сверх- и

гиперзвуковом потоках, а также изучение возможностей практических применений таких разрядов.

Достижение этой цели предполагает решение следующих основных

задач:

Исследование характеристик поперечного разряда постоянного и импульсного тока в сверхзвуковой струе воздуха с числом Маха М = 2.

Исследование характеристик разряда постоянного тока в гиперзвуковой (М = 6) аэродинамической трубе (ГАУ Института механики МГУ).

Численное моделирование кинетики неравновесной плазмы в сверх- и гиперзвуковых потоках воздуха.

Изучение воздействия электрических разрядов, создаваемых на поверхности аэродинамических моделей, на их лобовое сопротивление в сверхзвуковой (М = 4) аэродинамической трубе (Т-113 ЦАГИ )

Численное моделирование сверхзвукового обтекания тел с локальными плазменными зонами.

Изучение возможностей воспламенения сверхзвукового потока углеводородно-воздушной смеси (воздух-пропан-бутан) электрическим разрядом в модели прямоточной камеры сгорания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Впервые детально исследована динамика импульсного поперечного разряда в сверхзвуковом потоке газа. Показано, что наличие потока приводит к принципиально нестационарному (неустойчивому) режиму горения разряда независимо от характеристик разряда.

Впервые экспериментально исследованы характеристики поперечного разряда постоянного тока в гиперзвуковом потоке воздуха. Экспериментально показано, что характеристики разрядов постоянного тока в сверх- и гиперзвуковых потоках близки при одинаковых значениях внешних параметров (статическое давление, сила разрядного тока,).

С помощью численного моделирования кинетики неравновесной плазмы в сверх- и гиперзвуковых потоках показано, что плазменные эксперименты, проводимые в аэродинамических трубах, будут соответствовать натурным условиям лишь при использовании плотных и теплых сверхзвуковых потоков.

Экспериментально показано, что наличие разряда, локализованного как в головной части модели, так и на ее поверхности, приводит к снижению лобового сопротивления тела (в условиях эксперимента на ~ 14 - 16%). С помощью численного моделирования обтекания моделей плазмой разряда показано, что основные экспериментальные результаты качественно хорошо объясняются в терминах нелинейного нагрева газа плазмой.

Экспериментально продемонстрирована применимость электродных разрядов для воспламенения сверхзвуковых потоков пропан-бутан-воздушной смеси в макете прямоточной камеры сгорания.

Достоверность полученных результатов. Экспериментальные результаты по исследованию разрядов в потоках газа получены на различных экспериментальных установках с привлечением различных диагностических методик. Полученные результаты сопоставлены с результатами других групп исследователей в России и за рубежом. Выполнено численное моделирование проведенных экспериментов и сопоставление с экспериментом. Таким образом, достоверность выводов о физических особенностях и параметрах разрядов является высокой.

Практическая значимость работы. Результаты по взаимодействию газовых разрядов со сверхзвуковыми потоками газа могут быть использованы для решения следующих актуальных задач:

Определения физических основ электрических разрядов в сверх- и гиперзвуковых потоках и построения полной физической модели таких разрядов.

Оценки возможности управления аэродинамическими

характеристиками современных ЛА, в том числе лобовым сопротивлением, подъемной силой, вращательными моментами и т.д.

Оценки возможности управления воспламенением и горением воздушно-топливных смесей в прямоточных двигателях.

Результаты исследований могут быть использованы в следующих организациях: ЦАГИ, ЦНИИМаш, ЦИАМ, ИВТ РАН, ИОФ АН, Холдинговая компания "Ленинец" (С.-Петербург), МРТИ РАН, НИИ Радиоприборостроения, ФТИ им. А.Ф. Иоффе (С.-Петербург) и ряде других.

На защиту выносятся:

• Экспериментальные результаты по исследованию параметров разряда постоянного тока в сверхзвуковой струе и гиперзвуковом потоке воздуха.

• Результаты исследования динамики поперечного электрического импульсного разряда в сверхзвуковом потоке.

• Результаты численного моделирования кинетики неравновесной плазмы продольного электрического разряда в сверх- и гиперзвуковом потоках воздуха.

• Результаты измерений характеристик электрического разряда, локализованного на поверхности модели, и его параметров в сверхзвуковом газовом потоке.

• Результаты измерения лобового сопротивления модели в сверхзвуковом потоке в присутствии электрического разряда.

• Экспериментальные результаты по воспламенению сверхзвуковых потоков углеводородно-воздушной смеси импульсным электрическим разрядом.

Апробация работы. Основные результаты были доложены и обсуждены на ряде международных и национальных конференций, в том числе: Workshop on Weakly Ionized Gases USSAF Academy, Colorado, 9-13 June 1997; на Первом (1999), Втором (2000) и Четвертом (2002)

Международных Совещаниях по магнитоплазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях в ИВТАН, 3-nd Weakly Ionized Gases Workshop and 9-th International Spase Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. Norfolk, VA,l-5 November 1999; 29-ой (2002) и 31-ой (2004) Конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород; 32 AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop. 11-14 June 2001 /Anaheim;

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура работы. Основное содержание диссертации изложено на 127 страницах машинописного текста. Работа состоит из Введения, 5 глав и заключения, в котором сформулированы основные выводы.

Список цитируемой литературы содержит 145 наименований. Диссертация содержит 100 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, показаны новизна, научная и практическая значимость работы, изложены основные, выносимые на защиту положения, приводятся сведения об апробации работы и публикациях.

В первой главе диссертации приводится краткий обзор литературы, содержащий результаты экспериментальных и теоретических работ по исследованию влияния локального энерговыделения в набегающем сверхзвуковом потоке на изменение структуры течения и аэродинамические характеристики движущихся тел. Рассматривается взаимодействие ударных волн с плазмой, образованной электрическими разрядами различных типов. Анализируются возможные механизмы взаимодействия ударных волн с плазмой разряда. Рассмотрены результаты исследований электрических

разрядов в сверхзвуковых потоках. В конце главы сформулирована постановка задачи исследований.

Во второй главе диссертации описываются результаты исследований поперечного разряда в сверхзвуковой струе воздуха с в режимах

импульсного, импульсно-периодического и постоянного токов. Эксперименты проводились на установке, представляющей собой цилиндрическую вакуумную камеру из нержавеющей стали длиной 3 и диаметром 1 метр. Вдоль ее вертикального диаметра монтировался канал, заканчивающийся соплом Лаваля. Другой (наружный) конец канала подсоединялся к компрессору с ресивером объемом 250 литров и давлением до 16 атм через электромеханический клапан. Кварцевые иллюминаторы камеры позволяли проводить съемку разряда с помощью фотоаппарата и сверхскоростную съемку разряда с помощью СФР-2М, регистрировать спектр излучения разряда и теневую картину структуры струи.

Для создания разряда постоянного тока использовался стабилизированный источник питания с регулируемым напряжением до 5 кВ и максимальным током до 3 А. Импульсный (ИР) или импульсно-периодический разряд (ИПР) создавался модулятором с регулируемым выходным напряжением от 5 до 27 кВ и током во внешней цепи до 50 А, собранным по схеме с частичным разрядом накопительной емкости.

Эксперименты проводились в следующем диапазоне внешних параметров: давление воздуха в ресивере компрессора Р0 = 1 - 1 0 атм; давление в камере р = 1 - 500 Тор; разрядный ток / = 0.1 А - 40 А; межэлектродное расстояние 5-20 мм; длительность импульса Т = 1 - 1000 мкс; частота следования импульсов / = 1 -1000 Гц.

Внешний вид поперечных разрядов в сверхзвуковой струе с во

всех режимах (рис.1) подобен ранее исследованным разрядам постоянного тока в аэродинамических трубах при М » 2 - 4 : при фоторегистрации с экспозицией в сотые доли секунды разряд представляет собой два узких протяженных канала вдоль потока с зоной перемыкания между ними

а б в

Рис.2.10. Фотографии разряда нос тинного гока в сверхзвуковой cтpyе при различной степени нерасчетности струи. Ри = 1 атм, М « 2, А, = 10 мм а)р =- 30 Тор, </> - 1,6 А ; 6) р = 40 'lop, <1> = 1,6 А , в) р-60 Тор, </>=1,3 А

существенно меньшей яркости, так что разрядный канал кажется незамкнутым. Отличие заключается в том, что определяющую роль в конфигурации каналов поперечного разряда и их протяженности вдоль потока играет газодинамическая структура сверхзвукового потока; влияние электродов, в отличие от случая аэродинамических труб, мало. В случае импульсного режима разряда его протяженность вдоль потока практически пропорциональна длительности импульса.

С физической точки зрения наблюдаемые конфигурации разрядного канала в потоке объясняются с точки зрения механизма распространения разряда в пространстве. Скорость распространения разряда определяется суперпозицией двух скоростей, скорости потока и скорости фронта ионизации. Последняя зависит от процессов переноса, связанных либо с диффузией частиц (амбиполярная диффузия), квантов (фотоионизация) и энергии (теплопроводность), либо с дрейфом частиц в электрическом поле. При токах в единицы ампер и давлениях в сотни тор скорости этих процессов существенно меньше скорости сверхзвукового потока и именно поток задает конфигурацию протекания электрического тока между электродами.

Импульсный режим работы разряда - с возможностью относительно несложного получения больших разрядных токов - позволил применить для исследования динамики разряда метод сверхскоростной фоторегистрации и, тем самым, детально проследить его развитие.

В качестве примера на рис.2 представлены результаты сверхскоростной фотосъемки поперечного разряда в сверхзвуковой струе при длительности импульса

Рис 2. Формирование поперечного разряда в сверхзвуковом потоке (СФР, негатив): длительность импульса т = 800 мкс; М = 2, I * 25 А, Р0 = 2 атм., р = 100 Тор. Время экспозиции кадра 32 мкс.

Из приведенной СФР-граммы разряда следует однозначный вывод: разряд в потоке газа носит пульсирующий характер, причем частота пульсаций тока и напряжения определяется внешними параметрами (параметрами источника питания, расстоянием между электродами, скоростью потока газа).

В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментальных исследований характеристик продольного и поперечного разряда постоянного тока в гиперзвуковой аэродинамической трубе ГАУ Института механики МГУ с М = 6.

а/ 6/

Рис.З. Фотографии продольного а/ и поперечного б/ разрядов постоянного тока в гиперзвуковом потоке (ГАУ Института механики МГУ) М =5 9, Р = 28 Тор, I = 12 А. Масштаб' расстояние между обтекателями 50 мм

Типичный вид разрядов показан на рис.4. Интегральная структура свечения поперечного разряда в потоке с М = 6 также подобна структуре свечения в потоке с М=2. При разрядных токах менее 0.5 А имеют место признаки, характерные для тлеющего разряда: наблюдаются области отрицательного свечения и темного фарадеева пространства, площадь катодного пятна изменяется с изменением тока, плотность тока на катоде имеет величину порядка нормальной. Однако, плотность тока в канале существенно выше нормальной плотности тока на катоде. Этот факт, по-видимому, обусловлен тем же механизмом, что и парадокс Штеенбека. Дальнейший рост тока приводит к сокращению и исчезновению фарадеева

Рис. 4. Электрическое поле в плазме поперечного разряда постоянного тока Е а/ и диаметр разрядного канала d при двух числах Маха в зависимости от разрядного тока I. а/р^ЗО тор, о - М = 6 (ГАУ), • - М - 2(струя) ,

6/1 ~ М ~= 6, р = 30 тор, Р0 = 60 атм, РПТ. 2- М = 2, р^ 40 mop, Р0 I атм, РПТ, 3 -М -- 2, р - 40 тор, Р„ - / атм, ИР, 4 ~ М = 2, р = 200 тор Р0 = 4 атм, ИР

пространства, стягиванию катодной области до размеров, близких к размеру разрядного канала и, соответственно, выравниванию плотностей тока на

катоде и разрядном канале По-видимому, разряд переходит в дуговой режим. Об этом свидетельствует и характер экспериментальных зависимостей усредненного продольного электрического поля от разрядного тока. Полученные зависимости Е(1) в РПТ в гиперзвуковом потоке и сверхзвуковой струе представлены на рис. 4 а. В области малых токов I« 1 А напряженность электрического поля приближается к величине порядка одного киловольта на сантиметр, однако уже небольшой рост тока приводит к падению Е до значений в десятки вольт на сантиметр. Характерно, что изменение поля в зависимости от тока подобно для различных значений числа Маха.

Характер зависимости связан с изменением не только

проводимости плазмы, но и размеров токопроводящей зоны. Диаметры разрядных каналов за катодом и анодом в поперечном разряде близки друг к другу и к диаметру канала в продольном разряде (рис.3). Величина диамегра при прочих равных условиях определяется величиной статического давления (рис.4.б), и растет с ростом тока при всех М, качественно соответствуя зависимости для дуг в отсутствие потока.

Таким образом, при проведении газоразрядных экспериментов в аэродинамических трубах многие важные свойства и характеристики разрядов, полученные при относительно небольших числах Маха, по-видимому, могут быть перенесены на большие числа Маха. Однако возможность переноса данных, полученных в аэродинамических трубах на условия натурных полномасштабных плазменных аэродинамических экспериментов требует исследования.

Для этого была построена модель плазменных кинетических процессов в продольном разряде в потоке воздуха. Полагалось, что продольная скорость газа и статическое давление в плазме разряда равны скорости и давлению набегающего потока Рассматривался положительный столб с

квазинейтральной плазмой и П-образным радиальным распределением плотности тока по каналу разряда. Для описания процессов в неравновесной

плазме в окрестности оси канала применялось квазистационарное одномерное приближение. Функция распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) находилась из кинетического уравнения Больцмана. Основные уравнения модели включали балансы газовой температуры (с учетом многочисленных каналов нагрева газа - при неупругих столкновениях электронно- и колебательно-возбужденных молекул, диссоциации, ион-ионной рекомбинации, передаче колебательных квантов, и др.), средней энергии электронов (с учетом омического нагрева и потерь на электронное и колебательное возбуждение, ионизацию, прилипание и др.), концентраций колебательных квантов, электронно-возбужденных молекул, атомов, положительных и отрицательных ионов, а также дрейф ионов относительно потока. Результаты численного моделирования для потоков с числами Маха М=6 и М=2 и параметрах, соответствующих эксперименту, показали следующее.

В положительном столбе можно выделить две области (рис.5). Большая часть энерговклада и плазменных реакций (ионизация, колебательное возбуждение, генерация метастабильных молекул, нагрев газа и др.) происходит в относительно короткой начальной области мм. В

остальной части разрядного канала относительные скорости изменения всех плазменных параметров значительно ниже. Нагрев воздуха вызывает снижение числа Маха до значений порядка единицы, а также значительный рост вязкости, что может заметно затянуть переход к турбулентному режиму обтекания. Электронная концентрация меняется по длине канала относительно слабо. В результате электропроводность плазмы С примерно обратно пропорциональна плотности нейтральных частиц Влияние

отклонения ФРЭЭ от максвелловской на скорости возбуждения колебательных и электронных степеней свободы (в т.ч. на ионизацию) существенно в первой области (скорости реакций ниже в 2... 5 раз) и практически незаметно во второй области. Приведенное электрическое поле Е/пт при этом примерно постоянно во всем канале, т.е. состояние плазмы значительно отклоняется от квазистационарного, соответствующего данному значению (в отличие от случая, характерного для неравновесной

плазмы положительного столба классического тлеющего разряда).

Как правило, плотность или давление потока воздуха в трубе близки к характерным натурным значениям, хотя для подобия (в частности, для сохранения числа Кнудсена первые должны быть многократно выше, чем последние. Это, очевидно, меняет параметры плазмы в разряде, устойчивость разрядов, режимы обтекания и др. Разница начальных газовых температур в сверхзвуковых потоках существенно влияет на газодинамические критерии, определяющие режим течения плазмы, хотя газовая температура в плазме достигает тысячи градусов и более, и можно было бы ожидать «забывания» ее изначально низкого уровня. Расчеты при сохранении плотности начального потока показывают, что механизм этого влияния связан с тем, что при изобарическом нагреве газа до определенной температуры в криогенном потоке происходит гораздо большее разрежение, чем в теплом, так как оно пропорционально отношению конечной и начальной температур. В результате в теплом потоке относительно ниже значения ниже уровень

электронной температуры, меньше электропроводность, и все процессы идут не так интенсивно, как в криогенном потоке.

Таким образом, для плазменных аэродинамических экспериментов, проводимых в аэродинамических трубах, критерии подобия будут выполняться и соответствовать натурным условиям лишь при использовании плотных и теплых сверхзвуковых потоков.

В четвертой главе диссертации приводятся основные результаты исследований параметров продольного и поперечного электрического разряда, локализованного на поверхности диэлектрических моделей различной геометрической формы, помещаемых в сверхзвуковой поток. Основная часть экспериментов выполнялась на сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-113 ЦАГИ с числом Маха потока М = 4 и поперечными размерами рабочей секции трубы 600 х 600 мм.

Использовались различные осесимметричные модели с секционированными электродами. В экспериментах создавались два типа разряда между фронтальным электродом-пикой и секционированным электродом. Первый тип - разряд постоянного тока (0,5 - 2,6 А) с мощностью до 1,5 кВт и направлением разрядного тока, параллельным или антипараллельным направлению скорости сверхзвукового потока. Второй тип - разряд переменного тока с частотой / = 50 Гц. Значение разрядного тока могло изменяться от 0,5 до 5А при максимальной вводимой мощности в разряд

Исследования выполнялись при следующих параметрах воздушного потока: полное давление Ро = 6 атм, статическое давление р= 29 тор, число Маха М = 3,98, статическая температура газа Тм = 68 К. Типичный вид поверхностного разряда на модели из огнеупорной керамики и сама модель показаны на рис.6. Разряд близок к однородному и покрывает практически всю боковую поверхность моделей.

Рис 6 Фотография продольного разряда на керамической аэродинамической модели в сверхзвуковом потоке при и

величине разрядного тока / = 2,6 А (труба Т - 113 ЦАГИ) и чертеж модели (размеры в мм)

Наиболее значительное уменьшение лобового сопротивления наблюдалось для модели со сферической фронтальной частью при формировании продольного разряда между носовым электродом - пикой и секционированным электродом, расположенным на боковой поверхности модели

При наличии разряда коэффициент лобового сопротив гения С\ уменьшался на 14 - 15 % В экспериментах с моделью с конической фронтальной частью наблюдалось 6 - 7% уменьшение лобового сопротивления, что также является хорошим результатом Временная зависимость коэффициента лобового сопротивления в одном из экспериментов с использованием аэродинамических весов и его изменение в зависимости ог вводимой в разряд мощности приводится на рис 7

Рис 7 Временная зависимость коэффициента тобовот сопротивтения для керамической моде ш со сферической 1 оловнои частью при М = 4 и I ~ 4А и его изменение в зависимое!и от мощности разряда а - разряд переменного тока 5= 50 Гц, б - РПТ (носовой отектрод-пика

Результаты измерений параметров плазмы разряда показали, что характерные значения газовой температуры не превышают 2000 К (при разрядных токах до 3 А), а значения концентрации ионов, измеренные зондовым методом, составили

Для интерпретации полученных результатов было проведено численное моделирование динамики обтекания моделей плазмой разряда с расчетом распределения полей и токов. Численно решалась система уравнений газовой динамики и уравнений для электромагнитного поля:

дт=т[1/(цо о) УВ] + [V к,вц,

в двумерном (осесимметричном - г, г) нестационарном приближении (здесь - плотность, скорость, давление и внутренняя энергия, соответственно, В - индукция магнитного поля, j - плотность тока, Е -напряженность электрического поля, - магнитная постоянная). В соответствии с результатами измерений температуры газа и концентрации ионов, электропроводность а считалась обратно пропорциональной Граничные условия соответствовали скольжению потока на оси симметрии и на стенках, свободному его входу и выходу перед и за телом, нулевым касательным составляющим Е у металлических поверхностей и нулевому магнитному полю В на всех границах, кроме межэлектродного промежутка, где азимутальное поле (здесь / - суммарная сила тока).

Использовались экспериментальные данные по величине тока и мощности энерговклада. Применялись полностью консервативные лагранжевы разностные схемы на треугольных адаптивных сетках. Некоторые результаты расчетов для М = 4 показаны на рис.8.

Моделирование показало, что формируется достаточно узкий канал с плазмой, где газовая температура составляет 1...2 кК. Почти весь энерговклад происходит в начале канала в малой области за передним электродом: здесь в

Рис.8. а/ Контуры: 1\ =0 006, 0.01,0.05,0.1 эВ б/ Контуры://ff-0.1,1,2,3 1 Вт/м3

канал поступает холодный плотный воздух с относительно малой электропроводностью, и мощность джоулева нагрева j2ld достаточно высока. С нагревом воздуха ниже по каналу падает его плотность, напряженность электрического поля и удельная мощность энерговклада. Вследствие нагрева локальная скорость звука в плазме становится ниже скорости потока. Перед зоной основного нагрева формируется дополнительная (относительно обтекания в отсутствие разряда) ударная волна, что приводит к повышению давления в этой зоне и к дополнительному ускорению плазмы разряда по направлению к модели. Так как поверхность модели вблизи этой зоны параллельна оси, то этот локальный рост давления не дает вклада в волновое лобовое сопротивление. Основная ударная волна перед моделью расположена ниже по потоку, из-за перестройки течения при проходе вышеуказанного разрыва перед зоной нагрева эта ударная волна несколько слабее, чем при обтекании модели без разряда. В результате волновое

лобовое сопротивление снижается на и 5... 10%, что близко к эксперименту. Расхождение может быть связано с уменьшением вязкостной составляющей лобового сопротивления, не учтенной в расчетах. Таким образом, основные экспериментальные результаты качественно хорошо объясняются в терминах нелинейного нагрева газа плазмой.

В пятой главе рассматривается возможность использования поперечного газового разряда для воспламенения сверхзвуковых потоков углеродно-воздушной смеси в макете прямоточной сверхзвуковой камеры сгорания Для этого экспериментальная установка была доукомплектована системой подачи топлива. Общая схема канала представлена на рисунке 9.

Рис 9 Схема тестового сверхзвукового канала 1 - подача топлива, 2 -подача воздуха, 3 - смеситель, 4 - сверхзвуковое сопло, 5 - секция стабилизации по гока, 6 -электроды поперечного разряда, 7 - камера сгорания, 8 - измерительная секция с трубками Пито, пунктир - газоразрядная секция

Проведенные в процессе пуска измерения статического давления по длине и полного давления в выходном сечении канала позволили определить распределения газодинамических параметров в исследуемом тракте - сопло -газоразрядная секция - камера сгорания и их изменение по времени. Изучалось воспламенение сверхзвукового потока пропан-бутан-воздушной смеси. Разряд формировался в зоне торможения потока (зоне внезапного расширения). Исследования проводились при статическое давление в

канале изменялось от 40 до 600 Тор, длительность импульса энерговклада -от 20 до 1000 мкс, разрядный ток - от 1 до 20 А. Изучались режимы как

однократного, так и частотного воспламенения горючей смеси. Весовое соотношение пропана к воздуху не превышало в условиях эксперимента 7%.

На рис.10 приведены фотографии, иллюстрирующие воспламенение сверхзвукового потока смеси воздух-пропан-бутан. Видно, что такой

а/ б/

Рис 10 Воспламенение сверхзвукового потока пропан-бутан-воздушной смеси поперечным импульсным разрядом. М -2, I - 20 А, р = 450 тор а/т = 50мкс, Г = 500 Гц , <№> » 400 Вт (нет воспламенения), б/ х = 200 мке, <\У> « ВО Вт, Г = 10 Гц

естественный параметр, как средняя во времени электрическая мощность <W>, вложенная в разряд, не служи! критерием воспламенения сверхзвукового потока. Проведенные эксперименты позволили установить следующие закономерности.

Воспламенение происходит как в режиме одиночного импульса, так и при работе в частотном режиме в диапазоне давлений газа р > 100 тор. Размер горячей области является определяющим при воспламенении потока горючей смеси; он растет приблизительно пропорционально длительности импульса при заданном энерговкладе Воспламенение потока горючей смеси происходит при длительности импульса мкс, протяженность разряда

при этом равна 4,5-5 см.

Для оценки температуры потока использовались полосы СК с длиной волны канта нм. Измерения показали, что найденная таким

образом величина температуры Т к 3000 К, что близко к температуре горения пропан-воздушной смеси.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Определены режимы горения и параметры поперечного электрического разряда постоянного и импульсного токов в сверхзвуковой (М - 2) струе воздуха. Детально исследована динамика разряда в потоке. Показано, что наличие потока приводит к принципиально нестационарному (неустойчивому) режиму горения разряда независимо от параметров разряда. Вне зависимости от режима питания и типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется колебательный режим горения, где период задан внешними параметрами - давлением, током, межэлектродным расстоянием.

2. Экспериментально исследованы характеристики поперечного разряда постоянного тока в гиперзвуковом потоке воздуха на ГАУ Института механики МГУ. Показано, что основные параметры разрядов постоянного тока в сверх- и гиперзвуковых потоках близки при одинаковых значениях внешних параметров (статическое давление, разрядный ток).

3. Проведено численное моделирование кинетики неравновесной плазмы разряда в сверх- и гиперзвуковых потоках. Рассчитанные основные параметры плазмы разрядов (для М = 2 и М - 6) согласуются с результатами экспериментов. При этом численный анализ показал, что плазменные эксперименты, проводимые в аэродинамических трубах, будут соответствовать натурным условиям лишь при использовании плотных и теплых сверхзвуковых потоков.

4. Организация электрического разряда на поверхности диэлектрических аэродинамических моделей позволяет снизить лобовое сопротивление модели в сверхзвуковом потоке воздуха. В экспериментах, проведенных на сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-113 ЦАГИ, снижение лобового

сопротивления модели со сферической головной частью достигало ~ 14 -16%).

5. Математическое моделирование эксперимента в рамках системы уравнений газодинамики в двумерном (осесимметричном) приближении с объемным энерговыделением показало возможность реализации режимов с ослаблением сильных газодинамических разрывов при сверхзвуковом движении тел. В результате лобовое сопротивление снижалось на 5... 10%, что близко к экспериментальным данным. Таким образом, основные экспериментальные результаты качественно хорошо объясняются в терминах нелинейного нагрева газа плазмой.

6. Экспериментально продемонстрирована применимость электродных разрядов для воспламенения сверхзвуковых потоков пропан- бутан -воздушной смеси в макете прямоточной камере сгорания.

Список публикаций по теме диссертации

1. A.Ershov, B.Liagushin, S.Chuvashev, B.Timofeev, I.Timofeev. Ambient Air Modification for Drag Reduction: DC Discharges in Rarefied Supersonic Air Flow. Procedings, USAF Academy, Colorado 9-13 June 1997, Section M,pp.M3 - M13.

2. Chernikov V.A., Chuvashev S.N., Ershov A.P., V.M.Shibkov, B.I.Timofeev, I.B. Timofeev. Formation of Gas Discharghes in Supersonic Flows of Air And Fuel-Air Mixture. 9th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 1-4 November 1999, Norfolk, Virginia, USA, AIAA-99-4904.9p.

3. С.Н.Чувашев, Н.В.Арделян, Л.П.Ершов, Б.И.Тимофеев, И.Б.Тимофеев, В.М.Шибков. Теоретические исследования МГУ в плазменной аэродинамике. Совещание «Перспективы МГД и плазменных технологий в аэрокосмических приложениях». Аннотации докладов. М., ИВТ РАН, 24-25 марта 1999. С. 14 - 15.

4. А.П.Ершов, И.Г.Зорина, Б.И.Тимофеев, С.Н.Чувашев. Кинетика и подобие систем плазменной аэродинамики. Прикладная физика, 1999, №5, С.С.112-122.

5. Chernikov A.V., Chuvashev S.N., Ershov A.P. Shibkov V.M, Timofeev B.I. Crossed supersonic jets of a plasma and a dense gas. The 2nd Workshop on Magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. 5-7 April 2000, Moscow, IHT ofRAS, p.215-220.

6. A.F.Alexandrov, N.V.Ardelyan, S.N.Chuvashev, A.P.Ershov, AARukhadze, B.I.Timofeev, I.B. Timofeev. Supersonic plasma flows and their influence on aerodynamics of flight, Journal of Technical Physics, 2000, v.41, No. 1, Special Issue, p.533-550.

7. V.Chernikov, A.Ershov, V.Shibkov, B.Timofeev, I.Timofeev, V.Vinogradov. Gas discharge in supersonic flows of air-propane mixtures. 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop, 11-44 June 2001, Anaheim, CA, USA, A1AA 2001-2948.

8. А.Ф.Александров, А.П.Ершов, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев. И.Б.Тимофеев, В.А.Черников, В.М.Шибков. Поперечные газовые разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Тезисы докладов 29 Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, г. Звенигород, 25 февраля-1 марта, 2002 г. С. 208.

9. А.П.Ершов, В.Л.Бычков, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев, И.Б.Тимофеев, В.А.Черников, В.М.Шибков. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Четвертое совещание по магнитоплазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях. Аннотации к докладам. Москва, 9-11 апреля 2002, Институт высоких температур РАН с.66.

10.Ershov A.P., Bychkov V.L., Chernikov V.A., Shibkov V.M., Surcont O.S., Timofeev B.I. and Timofeev I.B. Transversal electric discharges in supersonic airflows. Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma

Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 9-11 April 2002, P.P. 240-245.

13 .В.Л.Бычков, А.П.Ершов, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев, И.Б.Тимофеев, В.А.Черников, В.М.Шибков. Особенности поперечного разряда в потоке, как несамостоятельного разряда в воздухе. I. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках. Труды Международного Симпозиума «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике». С - Петербург, 15-19 июля, 2002. С. 130-134.

12. А.Ф.Александров, Н.В.Арделян, А.П.Ершов, А.В.Калинин, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев, В.М.Шибков. Зондовая диагностика газоразрядной плазмы и плазмы пламени в сверхзвуковых потоках воздуха и пропан - воздушной смеси. Материалы III Всероссийской конференции по физической электронике. Махачкала. 23-26 сентября 2003 г. С.91-94.

13.А.Ф.Александров, А.П. Ершов, А.В.Калинин, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев, В.М.Шибков Автоматизированные схемы зондовых измерений в плазме разрядов в сверхзвуковых потоках газа Тез. докл. XXXI Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС. г. Звенигород 24 февраля-28 февраля 2004г. С.237.

14. А.Ф.Александров, А.П.Ершов, О.С.Сурконт, Б.И.Тимофеев, И.Б.Тимофеев, В.М.Шибков, В.А.Черников. Газодинамические особенности электрических разрядов в сверхзвуковых потоках. МГУ им.М.В.Ломоносова. Физический факультет. Препринт 10/2004. 25 с.

15. А.Ф.Александров, А.П.Ершов, Б.И.Тимофеев, И.Б.Тимофеев. О влиянии числа Маха на характеристики электрического разряда в сверхзвуковом потоке воздуха. Вестник МГУ сер.З, физика, астрономия. 2004,т.45, N4, с.

ООП Физ.ф-та МГУ. Заказ 14-100-05

V 'V \

: V ч ч.

172

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Тимофеев, Борис Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА П. ПОПЕРЕЧНЫЕ РАЗРЯДЫ В СВЕРХЗВУКОВОЙ (М = 2) СТРУЕ

ВОЗДУХА

Введение

§2.1. Экспериментальная установка и методики измерений

§2.2. Конфигурация поперечного разряда в сверхзвуковой струе

§2.3. Динамика импульсного разряда

§2.4. Вольт-амперные характеристики разряда

§2.5. Диаметр разрядного канала

ГЛАВА Ш. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГИПЕРЗВУКОВЫХ

М = 6) ПОТОКАХ ВОЗДУХА

§3.1. Экспериментальная установка

§3.2. Поперечный разряд постоянного тока в гиперзвуковом потоке

§3.3. Продольный разряд постоянного тока в гиперзвуковом потоке

§3.4. Кинетическая модель неравновесной плазмы продольного разряда в гиперзвуковом потоке

3.4.1. Физическая модель неравновесной плазмы разряда в сверхзвуковом потоке

3.4.2. Моделирование продольного разряда постоянного тока в сверхзвуковом потоке воздуха

§3.5. О подобии систем плазменной аэродинамикии и возможностях моделирования натурных условий

ГЛАВА IV. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ

МОДЕЛЯХ

§4.1. Поверхностный электрический разряд на аэродинамических моделях в сверхзвуковом (М = 4) потоке

§4.2. Количественные характеристики взаимодействия потока и поверхностного разряда на модели 90 4.2.1 Воздействие поверхностного разряда на аэродинамическое сопротивление модели в воздушном потоке с М =

4.2.2. Измерение температуры газа в плазме поверхностных разрядов

§4.3. Численное моделирование обтекания моделей с поверхностным разрядом

ГЛАВА V. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА

УГЛЕВОДОРОДНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПОПЕРЕЧНЫМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

§5.1. Экспериментальная установка

§5.2. Определение параметров сверхзвукового канала (распределение давлений и чисел маха)

§5.3. Экспериментальное исследование возможности воспламенения сверхзвукового потока пропан - бутан - воздушной смеси

Введение диссертация по физике, на тему "Электрические разряды в сверхзвуковых потоках"

Плазменные технологии представляют безусловный интерес для решения двух прикладных задач сверхзвуковой и особенно гиперзвуковой аэродинамики: управления аэродинамическими характеристиками летательных аппаратов (JIA) и плазменно-стимулированного горения. Сложность задач делает весьма важным проведение модельных аэродинамических экспериментов с электрическими разрядами в сверхзвуковых потоках воздуха и реагирующих газовых смесях.

Теоретическое обоснование возможности управления аэродинамическими характеристиками сверхзвуковых JIA с помощью локальных зон энерговыделения и внешнего горения было дано в работах Бартльме Ф., Черного Г.Г., Левина В.А. и др. Одним из перспективных способов создания таких зон является организация в набегающем потоке электрических разрядов различного типа.

Физически наиболее общим случаем электродных разрядов является поперечный разряд - со взаимно перпендикулярной ориентацией потока и плоскости размещения электродов. Однако, несмотря на накопленный экспериментальный материал, физическое понимание и теоретическое осмысление полученных результатов далеко от завершения. С одной стороны, это обусловлено чрезвычайной сложностью объекта из-за сильной нестационарности и неоднородности как макро, так и микроскопических параметров разрядов в сверхзвуковых потоках. С другой — высокой стоимостью и трудоемкостью экспериментов в аэродинамических трубах, необходимостью применения мощных стационарных высоковольтных источников питания. Более того, из-за весьма ограниченного числа гиперзвуковых аэродинамических труб практически важный случай разрядов в гиперзвуковых потоках изучен еще в меньшей степени.

Во вторых, с физической точки зрения, учитывая нестационарный характер горения поперечного разряда постоянного тока в потоке, представляется целесообразным, не ограничиваясь исследованием РПТ, использовать импульсный режим. Его применение даст возможность не только детально изучить поведение разряда во времени, но и в широких пределах проварьировать внешние параметры разряда. Очевидно, импульсный режим не требует применения стационарных аэродинамических труб. Использование импульсной баллонно - вакуумной установки (со временем работы порядка секунд) позволяет существенно расширить диапазон изменения внешних параметров разряда, что принципиально для выяснения его физической картины. Кроме того, подобный режим работы не требует больших денежных затрат на проведение эксперимента.

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование и численное моделирование электрических разрядов в сверх- и гиперзвуковом потоках, а также изучение возможностей практических применений таких разрядов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

С помощью численного моделирования кинетики неравновесной плазмы в сверх- и гиперзвуковых потоках показано, что плазменные эксперименты, проводимые в аэродинамических трубах, будут соответствовать натурным условиям лишь при использовани и плотных и теплых сверхзвуковых потоков.

Экспериментально продемонстрирована применимость электродных разрядов для воспламенения сверхзвуковых потоков пропан-буган-воздушной смеси в макете прямоточной камеры сгорания.

Структура работы.

Работа состоит из Введения, 5 глав и заключения, в котором сформулированы основные выводы.

Заключение диссертации по теме "Физика плазмы"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Проведенный анализ экспериментальных и теоретических результатов экспериментального и теоретического исследования поперечного электрического разряда постоянного и импульсного токов в сверхзвуковой струе воздуха и гиперзвуковом потоке, полученных в работе, позволяет сделать следующие выводы:

1. Определены режимы горения и параметры поперечного электрического разряда постоянного и импульсного токов в сверхзвуковой (М = 2) струе воздуха. Детально исследована динамика разряда в потоке. Показано, что наличие потока приводит к принципиально нестационарному (неустойчивому) режиму горения разряда независимо от параметров разряда Вне зависимости от режима питания разряда -РПТ, ИР, ИПР и типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется колебательный режим горения, где период задан внешними параметрами - давлением, током, межэлектродным расстоянием

2. Экспериментально исследованы характеристики поперечного разряда постоянного тока в гиперзвуковом потоке воздуха на ГАУ Института механики МГУ. Показано, что основные микроскопические параметры разрядов постоянного тока в сверх- и гиперзвуковых потоках близки при одинаковых значениях внешних параметров (статическое давление, разрядный ток).

3. Проведено численное моделирование кинетики неравновесной плазмы разряда в сверх- и гиперзвуковых потоках для условий проведенных экспериментов. Рассчитанные основные параметры плазмы разрядов (для М = 2 и М = 6) согласуются с результатами экспериментов. При этом численный анализ показал, что плазменные эксперименты, проводимые в аэродинамических трубах, будут соответствовать натурным условиям лишь при использовании плотных и теплых сверхзвуковых потоков.

5. Математическое моделирование эксперимента в рамках системы уравнений газодинамики в двумерном (осесимметричном) приближении с объемным энерговыделением показало возможность реализации режимов с ослаблением сильных газодинамических разрывов при сверхзвуковом движении тел. В результате лобовое сопротивление снижалось на 5. 10%, что близко к экспериментальным данным. Таким образом, основные экспериментальные результаты качественно хорошо объясняются в терминах нелинейного нагрева газа плазмой.

6. Экспериментально продемонстрирована применимость электродных разрядов для воспламенения сверхзвуковых потоков пропан-бутан-воздушной смеси в макете прямоточной камере сгорания.

В заключение я хочу выразить искреннюю благодарность моему научному руководителю доценту Ершову Алексею Петровичу за интереснейшую предоставленную тему и неоценимую помощь в работе.

Также хочу поблагодарить сотрудников лаборатории физики плазмы - Шибкова В.М., Тимофеева И.Б., Черникова В. А.

Благодарю сотрудников факультета ВМК, с которыми мне пришлось работать в течение последних лет - Чувашева С.Н. и Арделяна Н.В.

Большое спасибо коллегам, благодаря которым для меня началась эта работа -Леонову С.Б. и Климову А.И., а также аэродинамикам из ЦАГИ, ЦНИИМАШ и НИИ АС.

Я благодарен заведующему кафедрой Физической Электроники профессору Александрову А.Ф. за постоянное внимание к моей работе.

Я благодарен также моим родным за поддержку и огромную организационную помощь.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Тимофеев, Борис Игоревич, Москва

1. Белоконь В.А., Руденко О.В. , Хохлов Р.В. Аэродинамические явления при сверхзвуковом обтекании лазерного луча // А куст. журн. 1977. Т. 23. №4. С.632 -634.

2. Карабутов А.А., Руденко О.В. Нелинейные плоские волны, возбуждаемые объемными источниками в движущейся с трансзвуковой скоростью среде // Акуст. Журн. 1979. Т.25. №4. С.536 542.

3. Федорченко А.Т. Двумерные нелинейные волновые процессы при импульсном локальном тепловыделении в газовом потоке // Акуст. Журн. 1981. Т. 27. №4. С. 595 604.

4. Федорченко А.Т. О генерации нелинейных волн в сверхзвуковом потоке объемными источниками тепловыделения //Акуст. Журн. 1986. Т. 32. №2. С. 230 -237.

5. Краснобаев К.В. Сверхзвуковое обтекание слабых источников излучения // Изв. АН. СССР. МЖГ. 1984. №4. С. 133 136.

6. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Сверхзвуковое обтекание тел при наличии внешних источников тепловыделения // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. №8. С. 684 -687.

7. Терентьева Л.В. Сверхзвуковое обтекание областей энерговыделения // Изв. АН РАН. МЖГ. 1992. №5. С. 179 182.

8. Шахнов И.Ф. О возмущениях сверхзвукового потока, вызванных дискретными или непрерывно распределенными источниками тепла // Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1961. №5. С. 16 21.

9. Маккормак Р.В. Численный метод решения уравнений вязких течений // Аэроскопич. Техника. 1983. Т.1 №4. С. 114 123.

10. Течение газа с подводом тепла вблизи внешней поверхности тела. Обзор ОНТИ ЦАГИ. №347. М.,1971. 312с.

11. Исследование течений с подводом тепла вблизи внешней поверхности летательного аппарата. Обзор ВНТИЦАГИ. №617. М., 1982.

12. Авраменко Р.Ф., Рухадзе А. А., Теселкин С.Ф. О структуре ударной волны в слабоионизованной неизотермической плазме // Письма в ЖЭТФ. 1981. Т. 34. %9. С. 485 488.

13. Рухадзе А.А., Теселкин С.Ф. О структуре возмущения слабоионизованной плазмы // Журн. Техн. Физики. 1982. Т.52. №11. С.2129 2133.

14. Чутов Ю.И., Подольский В.н., Палкин В.Ю. Масс-спектрометрическое исследование предвестника в наполненной азотом электрической ударной трубке //Журн. Техн. Физики. 1982. Т.52. №10. С. 1972 1978.

15. Тесел кин С.Ф. Диффузионный предвестник ударной волны в слабоионизованной плазме электроотрицательного газа // Письма в ЖТФ. 1991.Т.17. №16. С. 50-55.

16. Алферов В.И., Дмитриев JIM. Электрический разряд в потоке газа при наличии градиентов плотности // Теплофиз. Выс. Темп. 1985. Т. 23. №4. С. 677 682.

17. Найдис Г.В. Пространственное распределение параметров плазмы вблизи фронта ударной волны в газовом разряде // Теплофиз. Выс. Темп. 1991. Т. 29. №1. С. 15 -20.

18. Чутов Ю.И., Жовтянский В.А., Подольский В.Н. Исследование движущейся плазмы в электрической ударной трубке с импульсным напуском газа // Журн. Техн. Физики. 1978. Т. 48. №11. С. 2295 2300.

19. Чутов Ю.И., Подольский В.Н., Палкин В.Ю. Параметры плазмы перед фронтом ударной волны в электрической ударной трубе // В сб.: Тезисы докл. V Всесоюзн. конф. по физике низкотемпературной плазмы. Киев, 1979, часть П. С. 532.

20. Климов А.И., Коблов A.M., Мишин Г.И. Распространение ударных волн в плазме тлеющего разряда // Письма в ЖТФ. 1982. Т.8. №7. С. 439 443.

21. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Распространение ударных волн в плазме поперечного тлеющего разряда в аргоне //Письма в ЖТФ. 1985. Т.Н. №4. С. 209 215.

22. Мишин Г.И., Бедин А.П., Явор И.П Параметры газа за ударной волной при аномальной релаксации //Письма в ЖТФ. 1982. Т.8. №3. С. 182 185.

23. Мишин Г.И. Ударные волны в слабоионизованной неизотермической плазме //Письма в ЖТФ. 1985. Т.П. №5. С. 274 -278.

24. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Зондовые исследования ударных волн в плазме поперечного тлеющего разряда // Письма в ЖТФ. 1985. Т. 11. №21. С. 1297 -1303.

25. Горшков В.А., Климов А.И., Мишин Г.И. и др. Особенности поведения электронной плотности в слабоионизованной неравновесной плазме при распространении в ней ударной волны // Журн. Техн. Физики. 1978. Т. 57. №10. С. 1893 1898.

26. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Предвестник ударной волны в плазме тлеющего разряда // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. №8. С. 55 60.

27. Александров А.Ф., Видякин Н.Г., Лакутин В.А. и др. О возможном механизме взаимодействия ударной волны с распадающейся плазмой лазерной искры воздухе // Журн. Техн. Физики. 1986. Т.56. №4. С. 771 774.

28. Найдис Г.В., Румянцев С.В. О движении ударной волны через тепловую неоднородность //Теплофиз. Выс. Темп. 1987. Т.25. №2. С. 389 390.

29. Hamernik R.P., Dosanjh D.S. Generation of acoustic waves during the passage of a shock wave through a heated gaseous element // J. Acoust. Soc. Amer. 1973. V.53. №3. P.921 -925.

30. Hamernik R.P., Dosanjh D.S. Shock-induced dynamics of a low-density heated fluid element //Phys. Fluids. 1972. V.7. P. 1248 1253.

31. Пискарева M.B., Шугаев Ф.В. Прохождение ударной волны через неоднородную область газа с распределением температуры или концентрации компонентов // Вестник МГУ. Сер. 3. Физика, астрономия. 1978. Т.19. №3. С.11 18.

32. Шугаев Ф.В. Взаимодействие ударных волн с возмущениями. М.: Изд-во МГУ, 1983. 96с.

33. Андрушенко В.А, Чудов Л. А. Взаимодействие плоской ударной волны со сферическим объемом газа //Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. №1. С. 96 100.

34. Haas J., Sturtevant В. Shock-induced deformation and mixing of a helium sphere immersed in air //Phys. Fluids. 1986. V.29.n9. P.2772.

35. Бархударов Э.М. Плазменные и газодинамические явения, связанные с импульсным выделением лазерной и электрической энергии // Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. Наук. Тбилиси, 1992.

36. Бархударов Э.М., Березовский В.Р., Мдианишвили И.О. Диссипация слабой ударной волны в плазменной искре в воздухе // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. №19. С. 1178-1181.

37. Войнович ПА., Ершов А.П., Понамарева С.Б., Шибков В.М. Распространение ударной волны в плазме тлеющего разряда в воздухе // Препринт ФТИ. Л., 1990. №1453. С.32.

38. Войнович П.А., Ершов А.П., Понамарева С.Е., Шибков В.М. Распространение слабых ударных волн в плазме продольного тлеющего разряда в воздухе // Теплофиз. Выс. Темп. 1991. Т.29. №3. С.582 590.

39. Proceedings of the 2rd Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. By V.ABityurin, Moscow: 1VTAN, 1999.

40. Proceedings of the 3rd Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. By V.ABityurin, Moscow: IVTAN, 2000. 345p

41. Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. By V.ABityurin, Moscow: IVTAN, 2001. 433p

42. Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. By V.ABitymin, Moscow: IVTAN, 2002. 379p.

43. Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. By V.ABityurin, Moscow: IVTAN, 2003.

44. G.G.Cherayi The impact of electromagnetic energy addition to air near the flying body on its aerodynamic characteristics (Russian contribution) // AAIA 2nd Weakly ionized gases workshop, Norfolk, Viginia, USA, Apr,27-30, 1998, p.1-31.

45. Knight D., Kuchinskiy V., Kuranov A., Sheikin E. Aerodinamic flow control at high speed using energy deposition // сб.3., c. 14-30

46. V.I.Alfurov Peculiarities of discharge in high-velocity air flow with great density gradients // 2., c. 121-128.

47. Dvinin S.A., Ershov A.P., Timofeev I.B., Chernikov V.A., Shibkov V.M. Features of the transversal gas discharge in a supersonic gas flow // Сб. 11 с. 169-174

48. V.Chemikov, S.Dvinin, AJErshov, I.Timofeev, D.Van Wie Experimental and theoretical research of DC transversal gas discharge in supersonic gas flow // Сб.2., c. 129-134

49. Мишин Г.И., Климов А.И., Гридин А.Ю. Продольный электрический разряд в сверхзвуковом потоке газа// Письма в ЖТФ. 1992. Т.18. Вып. 15. с.86-92

50. Фомин В.М., Лебедев А.В., Иванченко А.И. Пространственные энергетические характеристики электрического разряда в сверхзвуковом газовом потоке // ДАН. 1998. Т.361, №1, с.58-60

51. Фомин В.М., Alziaru de Roquefort, Лебедев А.В., Иванченко А.И. Само поддерживающийся тлеющий разряд в гиперзвуковом газовом потоке // ДАН. 2000. Т.370, №5, с.623-626

52. V.M.Fomin, Th. Alziaru de Roquefort, A.V.Lebedev, A.I.Ivanchenko Supersonic flows with longitudinal glow discharge // Сб. 2., c.66-72

53. Murabo L.N., Raizer Yu.P. Laser-induced air spike for advanctd transatmospheric vehicles // 25th AIAA Plasmadinamics and Lasers Conference, Colorado Springs, USA. 1994/ AIAA Paper 94-2551

54. Мирабо Л., Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н. Расчет и теория подобия эксперимента, моделирующего эффект "Air-Spike" в гиперзвуковой аэродинамике // ТВТ, 1998, Т.36, №2, с.304-309

55. Klimov A.I., Lutsky A.E. Experimental and Numerical investigation of supersonic flow around model with surface electric discharge of high pressure //Сб. 2., c.93-98

56. Grachev L.P., Esakov I.I., Khodataev К. V. Parameters of plasma in the resonant channel microwave streamer discharge of high pressure // Сб.1., c. 154-162

57. Зарин A.C., Кузовников А.А., Шибков B.M. Свободно локализованный СВЧ разряд в воздухе. М.: "Нефть и газ". 1996.204 с.

58. Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К В. ЖТФ, 1985, Т.55, №2, с.389-391

59. Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Стрингерный СВЧ разряд в сверхзвуком патоке воздуха // ЖТФ, 1999, Т.69, №11, с. 14-18

60. Khodataev K.V. Parameters of plasma in the channel of initiated undercritical and deeply undercritical microwave discharge of high pressure //C6.2.,c/135-139

61. Khodataev K.V. Numerical modeling of a supersonic flooded air jet with highly undercritical microwave discharge //C6.3., c.232-239

62. G.V.Naidis, N.Yu.Babaeva, V.A.Bityurin Dynamics of air heating in pulsed microwave discharge//C6. 2.,c. 146-150

63. Brovkin V.G., Kolesnichenko Yu.F., Krylov A.A.,Lashkov V.A., Mashek I.Ch., Ryvkin M.I. Experimental methods for investigation plasma-body interection in supersonic air and COj flows // C6.2., c.49-57

64. Kolesnichenko Yu.F., Brovkin V.G., Azarova O.A., Grudnitsky V.G., Lashkov V.A., Mashek I.Ch. MW energy deposition for aerodynamic application // 41 at Aerospace Science Meeting and.Exhibit, Reno, Nevada, USA, 6-9Jan. 2003 / ALAA Paper 2003-361.lip

65. V.R.Soloviev, V.M.Krivtsov, A M.Konchakov Supersonic body drag reduction during forebody filamentary discharge temporal evolution // C6.l., c.98-101

66. Shibkov V.M., Chernikov A.V., Chernikov V.A., Ershov A.P., Shibkova L.V., Timofeev I.B., Vinogradov V.A., Voskanyan V.A., Surfase microwave discharge in supersonic airflow//Сб.1., c. 163-168

67. Shibkov V.M., Alexandrov A.F., Chernikov P.A., Ershov A.P., Shibkova L.V., Timofeev I.B., Voskanyan A.V., Zlobin V.V. Streamling by supersonic airflow of a wedge-shaped dielectric body with a combined microwave discharge // Сб.3., c.56-59

68. Борзов В.Ю., Рыбка И.В., Юрьев A.C. Экспериментальное исследование обтекания тел вращения при энергоподводе в набегающий поток //ИФЖ. 1994. Т.66. №5. с.515-520

69. Третьяков П.К., Грачев Г.Н., Иванченко А.И. и др. Стабилизация оптического разряда в сверхзвуковом потоке аргоне // ДАН. 1994. Т.336, №4, с.466-467

70. Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н., Крайнев B.JI, Пономаренко А.Г., Иванченко А.И, Яковлев В.И. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда// ДАН. 1996. Т.351, №3

71. ПК.Третьяков, В.И.Яковлев Формирование квазистационарного сверхзвукового течения с импульсно-периодически м плазменным теплоисточником // Письма в ЖТФ. 1998. Т.24. №16. с.8-12

72. Yakovlev V.I. Pulsating laser plasma in a supersonic flow; Experimental and analytical simulation // C6.2.,c.238-244

73. Зудов В Н., Третьяков П.К., Тупикин AJB., В.И.Яковлев Обтекание теплового источника сверхзвуковым потоком // Изв. РАН. МЖГ. 2003. №5.

74. Тищенко В.И., Гулндов А.И. ускорение лазерной плазмы оптическим разрядом, движущимся в воздухе с гиперзвуковой скоростью // Письма в ЖТФ, 2000, Т.26, вып. 19, с. 77-83

75. Tischenko V.N., Grachev G.N., Smirnov A.L., Sobolev A.V. A plasma jet and shock waves initiated de an optical pulsation discharge. The experiment. // C6.3., c.60-67

76. Yuriev A.S., Savischenko, Moskaletz G.N., Tsvetkov O.V., Ryizhov E.V. Some problem of energy addition applications for control of streaming // Сб.1., c. 121-124

77. S.Leonov,V.Bityurin, S.Pirogov, B.Zhukov Problems in energetic method of drag redaction and flow/flight control // 41st Aerospace Meeting and.Exhibit, Reno, Nevada, USA, 6-9Jan. 2003 / AIAA Paper 2003-35. 8p

78. Гордеев В.П., Красильников A.B., Лагутин В.И,, Отменников В.Н. Экспериментальное исследование возможности снижения аэродинамического сопротивления при сверхзвуковых скоростях с использованием плазменной технологии // ИзвРАН, МЖГ, №2,1996, с.177-182

79. Ganiev Y.C., Gordeev V.P., Krasilnikov A.V., Lagutin V.I.,Otmennikov V.N., Panasenko A.V. Aerodynamic drag reduction by plasma and hot-gas injection //Journal Thermophysics and Heat Transfer. 2000. V.14.№1. p. 10-17

80. V.M.Fomin, A.A.Maslov, V.P.Fomichev et al. Experimental investigation of counter-flow plasma jet in front of blunted body for high Mach number flow //

81. V.M.Fomin, A.A.Maslov, V.P.Fomichev et al. Theoretical investigation of counter-flow jet penetration in hypersonic flow // Сб.1., с. 116-120

82. P.Tretyakov Supersonic flow around axisymmetric bodies with external supply of mass and energy // C6.l.,c. 128-132

83. Adelgren R.G.,Elliot G.S., Knight D.D., Zheltovodov A.A., Beutner T.J. Localized flow cjntrol in supersonic flows by pulsed laser energy deposition // Сб. 2., с. 218-225

84. Yan H., Adelgren R., Elliot G., Knight D., Beutner Т., Ivanov M., Kudryavtsev F., Khotyanovsky D. Laser energy deposition in quiescent air and intersecting shocks // C6.3., c.68-77

85. Bormotova T.A, Golub V.V., Volodin V.V., Laskin I.N. Comparison of efficiency of mechanical and thermal correction of scramjet intake // Сб. 3., с. 112-116

86. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Немчинов И.В., Орлова Т.И., Смирнов В.А., Хазинс В.М. Изменение режима сверхзвукового обтекания препятствия при возникновении перед ним тонкого разреженного канала // Изв. АН СССР. МЖГ. 1989. №5. с. 146-151

87. Борзов В.Ю., Рыбка И.В., Юрьев АС. Оценка энергозатрат при снижении лобового сопротивления тела в сверхзвуковом потоке газа И ИФЖ. 1992. Т.63. №6. с.659-664

88. Борзов В.Ю., Рыбка И.В., Юрьев АС. Влияние локального энергоподвода в гиперзвуковой поток на лобовое сопротивление тел с различным затуплением // ИФЖ. 1994. Т.67. №5-6. с.355-361

89. Guvernyuk S.V. Comparison of energetic and dynamic devices of non-uniformity formation in the supersonic flow around a blunt body // Сб. 2., c.226-231

90. Гувернюк C.B., Самойлов АБ. Об управлении сверхзвуковым обтеканием тел с помощью пульсирующего теплового источника // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. №9. с. 1-8

91. Левин В.А, Громов В.Г., Афонина НЕ. Численное исследование влияния локального энергоподвода на аэродинамическое сопротивление и теплообмен сферического затупления в сверхзвуковом потоке воздуха // ПМТФ. 2000. Т.41. №5. с.171-179

92. Арафайлов С.И. Влияние энерговыделения в ударном слое на сверхзвуковой полет тел //Изв. АН СССР. МЖГ. 1987. №4. с. 178-182

93. Левин В.А., Терентьева Л.В. Сверхзвуковое обтекание конуса при теплоподводе в окрестности его вершины // Изв. РАН. МЖГ. 1993. №2. с.110-114.

94. Левин В.А, Терентьева Л.В. Влияние локальной области энерговыделения на пространственное обтекание конуса И Изв. РАН. МЖГ. 1999. №3. с. 106-113

95. Коротаева Т.А, Фомин В.М., Шашакин АП. Численное исследование воздействия локального энергоисточника на пространственное сверхзвуковое обтекание заостренных тел. Препринт №1-96. Новосибирск: ИТПМ СО РАН, 1996. 38с.

96. Лукьянов Г. А О сопротивлении и теплообмене тела в сверхзвуковом потоке при наличии плоского источника энергии // Письма в ЖТФ. 1998. Т.24 №24. с. 7682

97. Лукьянов Г. А. О сопротивлении тела в сверхзвуковом потоке при наличии перед телом изобарической области энерговыделения // Письма в ЖТФ, 1999, Т.25. №1. с. 68-74

98. D.I.Goryntsev, A.A.Lignatiev, G.A.Lukianov Gas dynamics of supersonic wake behind a planar energy source // Сб. 2., с. 78-82

99. Гогиш JLB., Дашевская С.Г. Обтекание трапецевидного профиля сверхзвуковым неравномерным потоком // Изв. АН СССР, МЖГ, №3, 1990, с. 180183

100. Левин В. А., Терентьева Л.В. Сверхзвуковое обтекание тонкого профиля при наличии энерговыделения в окрестности его поверхности. Отчет Института механики МГУ, №4315. 1994. 42с.

101. Yuriev A.S., Korzh S.K., Pirogov S.Yu., Savischenko N.P., Leonov S B., Ryizhov E.V. Transonic streamlining of profile at energy addition in local supersonic zone // Сб. 2., c/201-207

102. Pirogov S.Yu., Ruibka I.V., Yuriev A.S., Ryizhov E.V. Supersonic streamlining of airfoil at energy input to undisturbed airflow // C6.3., c.44-47.

103. Алферов В.И, Бушмин A C., Калачев Б.В. Экспериментальное исследование свойств электрического разряда в потоке воздуха // ЖЭТФ. 1966. Т. 51. Вып. 5(11). С. 1281.

104. Alferov V.I. Peculiarities of Electric Discharge in High-Velocity Air Flow with Great Density Gradients // The 3rd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. Moscow, 24 26 April 2001. P. 121.

105. Витковский B.B., Грачев Л.П., Грицов HH. и др. Экспериментальное исследование электрических разрядов постоянного тока в сверхзвуковых и дозвуковых потоках воздуха // Тр. ЦАГИ. 1991. Вып. 2505.

106. Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков ИИ. и др. Расчетно-экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания затупленного тела при наличии продольного электрического разряда // Препринт № 27. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 1997.

107. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Крюков И.А., Кули-заде Т.А. Импульсный объемный разряд с предионизацией в двумерном газодинамическом потоке. ЖЭТФ, 2002. Т. 122. Вып. 6(12). С. 1198-1206.

108. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Ч. 1. М.: Наука, 1991. 600 с.

109. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.

110. Алферов В.И. Исследование структуры электрического разряда большой мощности в высокоскоростном потоке воздуха. МЖГ.2004. №6.

111. Грачев Л.П., Грицов НН., Мишин Г.И. и др. Поперечный разряд в сверхзвуковой струе воздуха. ЖТФ. 1991 .Т.61.Вып.9. С.185-188.

112. Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков И.И. и др. Продольный электрический разряд постоянного тока в сверхзвуковом потоке воздуха. ЖТФ.2004.Т.74.Вып.7. С.27-32

113. Двинин С.А., Ершов А.П., Тимофеев И.Б. и др. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа. ТВТ. 2004. Т.42. № 2 . С.181.

114. Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы. Стационарные процессы в частично ионизованном газе. М.: Высшая школа, 1991. 191 с.

115. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. /Под ред. В.А. Фабриканта. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 369 с.

116. Грановский. Электрический ток в газе.

117. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы//М.: Наука. 1982. 376 с.

118. Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ разряд в воздухе. М.: Нефть и газ. 1996. 204 с.

119. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Физическая электроника газоразрядных устройств. Плазменная электроника // М.: Высшая школа. 1993. 736 с.

120. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Уравнения магнитной газодинамики. Движение плазмы как сплошной среды// Энциклопедия низкотемператупной плазмы. М.: Наука.2000. С. 103-108.)

121. Александров Н.Л., Кончаков А.М., Сон Э.Е. Функция распределения электронов и кинетические коэффициенты азотной плазмы. // ФП,1978,т.4,№1,с.169.

122. Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Зависимость распределения электронов по энергиям в молекулярном азоте от колебательной температуры и степени ионизации.//ФП, 1976, т.2,№1,с.152.

123. Capitelli M., Gorse С., Wilhelm J., Winkler К The electron relaxation to stationary states in collision dominated plasmas in molecular gases// Ann.Physik Leipzig,1984, v.41,#2,p. 119-138.

124. Loureiro J., Ferreira C.M. Coupled electron energy and vibrational distribution functions in stationary N2 discharges.// J.Phys D: Appl.Phys. 1986. V.19.P.17-35.

125. Wojaczek K. Die Annaherung der Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen an die Maxwell Verteilung in Bereich der Unelastischen Stosse. - Beitr. Plasmaphys., 1965, Bd.5,#3,S.181.

126. Биберман JI.M., Мнацаканян A.X. Об обмене энергией между электронным и молекулярным газами. //Electricity in from MHD. 1966. Vienna: Intern.Atom. Energy Agency, v.2, p. 107.

127. Мнацаканян A.X. Кинетика элементарных процессов в плазме инертных газов, молекул и паров щелочных металлов// ТВТ.1974.Т.12.№4.С.858.

128. Железняк М.Б., Ликальтер А.А., Найдис Г.В. Колебательная релаксация сильно возбуждённых молекул. //ЖПМТФ. 1976.№6.С. 11.

129. Мак-Ивен М., Филипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978,179 с.

130. Богатое Н.А., Гитлин М.С., Голубев С.В. и др. Исследование релаксации метастабильных молекул n2(a X4) после импульсного разряда в азоте методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. //Препринт ИПФ АН СССР № 219, Горький, 1988,38 с.

131. Hays G.N., Oskam H.J. Population of N2(B 3ng) by N2(A 3EU') during the nitrogen afterglow. //J.Chem.Phys., 1973, v.59, #3, p.1507-1516,

132. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука. 1977. 438 с.

133. Spier J.L., Smit-Miessen М.М. On the Determination of the Temperature with the Aid of Nonresolved CN Bands 3883 and 3871 A // Physica. 1942. V. 9. № 4. P. 422.

134. Ershov A., Ardelyan N., Chuvashev S., Shibkov V., Timofeev I. Probe diagnostics of gas discharges in supersonic airflows AIAA Journal, Vol.39, No 11. P.2180-2188, 2001.

135. Кибардин Ю.А., Кузнецов С.И. , Любимов A.H., Шумяцкий Б.Я. «Атлас газодинамических функций при больших скоростях и высоких температурах воздушного потока», Москва, ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, 1961