Генератор высокоскоростных жидких частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ
|
Шепелев, Станислав Михайлович
АВТОР
|
||||
|
кандидата технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Самара
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Шепелев Станислав Михайлович
ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖИДКИХ ЧАСТИЦ
Специальность 01 04.01- Приборы и методы экспериментальной физики
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Самара-2007 4 , ,11Л,. «
Р 1 4 ИЮН 2007
003063956
Работа выполнена на кафедре радиотехники и медицинских диагностических систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С П Королева» (СГАУ)
Научный руководитель-
доктор технических наук, профессор Семкин Николай Данилович
Официальные оппоненты
- доктор физико-математических наук, профессор Крутов Александр Федорович,
- кандидат технических наук, доцент Малыгин Николай Александрович
Ведущая организация
НИИ ядерной физики имени Д В Скобельцына ГОУ ВПО «Московский государственный университет имени М В Ломоносова»
Защита диссертации состоится 28 июня 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д21521201 при ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С П Королева» по адресу 443086, Самара, Московское шоссе, 34, корпус За
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ
Автореферат разослан 25 мая 2007 г
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор
В Г Шахов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Диссертация посвящена разработке генератора высокоскоростных жидких частиц, который может быть использован для проведения экспериментов по взаимодействию высокоскоростных микрочастиц с материалами элементов конструкций космических аппаратов (КА) в лабораторных условиях в составе электростатического или электродинамического ускорителя заряженных микрочастиц и тарировки датчиков космических микрочастиц для натурных экспериментов на околоземной орбите
Актуальность работы. Актуальной проблемой современной авиакосмической промышленности является создание (КА) с большими сроками эксплуатации и большей надежностью Одним из основных факторов, влияющих на надежность и долговечность КА, является коррозия и старение материалов элементов конструкций КА Коррозия материалов КА является следствием их взаимодействия с атмосферой КА, а также с микрометеоритами естественного происхождения и техногенными частицами- космическим мусором
Работа различных систем и устройств КА, таких, как двигатели ориентации и системы дозаправки, сопровождается периодическим выбросом в космос жидких компонентов топлива Как показали эксперименты на орбитальной станции "Мир", при работе двигателей ориентации выброс сгоревших и несгоревших, в том числе капельных, фракций топлива происходит практически в полную сферу - от 0 до 180° относительно оси струи, что связано, в первую очередь, с особенностями истечения газов и жидкостей в вакуум Попадающие в поле течения выхлопного факела элементы конструкции КА подвергаются механическому и физико-химическому воздействию, что, безусловно, является отрицательным фактором В связи с этим особый интерес конструкторов КА вызывает воздействие жидких высокоскоростных частиц диаметром от 0,1 до 10 мкм со скоростями 0,5-5 км/с, большие потоки которых на элементы конструкции КА возникают при включении двигателей
Возникает проблема испытания материалов элементов конструкций КА на воздействие высокоскоростных частиц в лабораторных условиях, так как проведение натурных экспериментов на околоземной орбите связано с большими затратами
Для моделирования космических высокоскоростных жидких частиц необходимо разработать генератор жидких частиц, который в сопряжении с современной ускорительной техникой позволил бы проводить исследования воздействия высокоскоростных жидких частиц на элементы конструкции КА и тарировку датчиков космических микрочастиц для натурных экспериментов на околоземной орбите
Целью диссертационной работы является разработка генератора высокоскоростных заряженных жидких частиц с диаметрами от 0,1 мкм до 10 мкм и скоростями от 100 м/с до 2000 м/с, который может быть использован в составе электростатических или электродинамических ускорителей для моделирования высокоскоростных космических микрочастиц Поставленная цель достигается путем решения следующих задач
1 Разработка математической модели зарядки мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного электрода
2 Разработка математической модели натекания вязкой жидкости в область диспергирования и образования жидких частиц при разрушении заряженного мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного игольчатого электрода во взаимосвязи с параметрами разрабатываемого устройства и физическими свойствами жидкости, при соблюдении условия равновесности формы заряженного мениска
3 Разработка математической модели ускорения заряженной частицы в электростатическом поле системы электродов разрабатываемого генератора при ее движении от высоковольтного игольчатого электрода до заземленного вытягивающего электрода
4 Разработка генератора высокоскоростных жидких частиц в соответствии с результатами математического моделирования
5 Экспериментальное определение зависимостей параметров частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости
Методы исследований базируются на использовании теории монодиспергирования вещества, гидродинамики, электрогидродинамики, электростатики При решении поставленных задач использовались методы дифференциального и интегрального исчислений При проведении моделирования на ЭВМ использовался математический пакет МаИгсас1
Научная новизна работы заключается в следующем
1 Разработана физико-математическая модель зарядки мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного игольчатого электрода Установлено, что заряд мениска носит преимущественно поверхностный характер и удельный заряд частиц растет с увеличением проводимости жидкости
2 Разработана физико-математическая модель образования жидких частиц при разрушении заряженного мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного игольчатого электрода Установлено существование двух режимов диспергирования мениска жидкости в зависимости от длины иглы (критическая длина иглы 1^=2-3 мм), и получены зависимости параметров частиц от параметров генератора и от физических свойств рабочей жидкости
3 Разработан генератор высокоскоростных жидких частиц, в основу которого положен метод образования жидких частиц при разрушении заряженного мениска жидкости на конце капилляра под действием электрических сил Разработанное устройство включает в себя систему подготовки жидкости и систему диспергирования жидкости Для уменьшения диаметра, повышения скорости и стабильности параметров частиц в капилляр вставлен игольчатый электрод, и в области диспергирования жидкости установлен фокусирующий электрод
4 Экспериментально показано, что при электростатическом диспергировании жидкости в пульсирующем режиме в разработанном генераторе получаются потоки групп частиц с моностабильностью не хуже 3% В отличие от
струйного и капельного, пульсирующий режим считается неустойчивым и до сих пор не изучен Размеры частиц в пульсирующем режиме меньше, чем в струйном и капельном, от 0,05 мкм до 16 мкм, частота образования частиц в пульсирующем режиме меньше, чем в струйном, но больше, чем в капельном (50-500 Гц), скорости частиц составляют от 100 до 2000 м/с Практическая ценность диссертационной работы.
1 Создан действующий образец генератора высокоскоростных жидких частиц Разработанный генератор позволяет повысить точность и качество результатов ударных экспериментов
2 Исследованы конструкторские и технологические возможности уменьшения диаметра, увеличения удельного заряда, повышения стабильности параметров частиц на выходе разрабатываемого генератора высокоскоростных жидких частиц
3 Разработана методика проведения экспериментов с генератором жидких частиц в составе электростатического или электродинамического ускорителя
4 Результаты диссертационной работы нашли применение в учебном процессе, при создании лабораторных работ, а также в экспериментах на ускорителях микрочастиц электростатического и электродинамического типа по изучению деградации поверхности элементов конструкции КА при воздействии на них высокоскоростных космических частиц и при тарировки датчиков космических микрочастиц для натурных экспериментов на околоземной орбите
На защиту выносятся:
1 Физико-математическая модель зарядки мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного игольчатого электрода
2 Физико-математическая модель образования и ускорения жидких заряженных высокоскоростных частиц при электростатическом диспергировании заряженного мениска диэлектрической жидкости на конце высоковольтного игольчатого электрода
3 Способ получения высокоскоростных (100-2000 м/с) жидких заряженных микрочастиц (0,05- Юмкм)
4 Результаты экспериментального исследования режимов работы разработанного генератора высокоскоростных жидких заряженных частиц и зависимостей параметров частиц от параметров генератора и физических свойств рабочей жидкости
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара 2003), на V Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара 2006), на конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники» (Самара 2006)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 6 статей в научных журналах, 2 тезиса докладов и 2 патента РФ Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложения Основное содержание работы изложено на 178 страницах текста, в 108 рисунках, 4 таблицах Список литературы включает в себя 110 наименований, приложения размещены на 6 страницах
Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы, изложены цель и задачи исследований, дана характеристика диссертационной работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту
Первая глава содержит обзор литературы по методам и устройствам ускорения пылевых частиц и диспергированию веществ
Показано, что наиболее перспективным методом получения высокоскоростных заряженных частиц является метод электродиспергирования жидкости на конце капилляра
В общем случае электродиспергирование представляет собой процесс распыления из конусного мениска жидкости на конце капилляра или иглы множества мелких капель под действием достаточно сильного электрического поля
В диэлектрической жидкости, в отличие от проводящей, индуцирование заряда слабо Для реализации конуса с заряженным острием в капилляр вставляется микронная игла под высоким потенциалом, которая покрывается слоем жидкости Также использование иглы позволяет зафиксировать положение эмитирующего выступа на мениске, добиться резкого уменьшения радиуса кривизны жидкой поверхности, с которой идет эмиссия, и соответственно увеличения напряженности электрического поля
Конструкция такого генератора достаточно проста и экономична То есть данный метод наиболее применим в генераторе жидких заряженных частиц
Генерация потоков капель методом электромонодиспергирования осуществляется в двух режимах капельном и струйном
В капельном режиме диаметр частиц зависит от диаметра капилляра Это сильно усложняет конструкции приборов
Образование капель при дроблении тонкой струйки жидкости, вырывающейся из кончика мениска, имеет место для жидкостей с низкой удельной проводимостью в относительно узком диапазоне изменения напряжения на электродах
При эмиссии капель электростатическим полем избыточное давление в сопле с рабочей жидкостью выбирается таким, чтобы на выходе сопла образовался только мениск, но жидкость при этом не вытекала из сопла Следовательно, необходимое давление невелико и, как правило, составляет сотни паскаль Экспериментально снятые характеристики показали, что уменьшение гидростатического давления приводит к уменьшению диаметра капель При гидростатическом давлении меньшим давления, необходимого для поддержания
постоянного объема жидкости на конце капилляра, при условии ухода вещества в виде частиц, возникает пульсирующий режим В пульсирующем режиме жидкость подтекает в область диспергирования, формируя мениск, из которого образуется струя, которая разрушается на капли, уносящие значительную часть вещества мениска Так как гидростатическое давление мало, жидкость приходит в область диспергирования медленнее, чем уходит, и после образования нескольких частиц струя перестает существовать Таким образом, пульсирующий режим характеризуется периодическим возникновением струи на конце мениска
Если при электростатической окраске стремятся сообщить такой заряд капле, чтобы она, потеряв устойчивость, распалась на более мелкие, то при изучении воздействия жидких частиц на элементы конструкции КА распад частиц является недопустимым, хотя для более эффективного ускорения частиц в электростатических ускорителях желательно сообщить частице максимальный заряд
Результаты изучения критического электрического заряда, при котором капля разрушается, говорят о том, что на ряду с механизмом разрушения заряженной частицы на несколько дочерних заряженных частиц существует (преимущественно для проводников) механизм потери частицей заряда Потеря заряда происходит в результате выделения частицей дочерней частицы, уносящей около 5% массы и 25% заряда, имеющей в свою очередь заряд больше критического и быстро разрушающейся
В вакууме жидкость бурно кипит и испаряется Это не приемлемо при получении жидких заряженных частиц, это накладывает очень жесткие рамки на выбор рабочей жидкости В связи с этим в качестве рабочей жидкости используются вязкие диэлектрические жидкости с низкой упругостью паров глицерин и вакуумное масло ВМ1
На основании выполненного анализа методов и устройств диспергирования вещества сформулированы цели и задачи диссертационной работы
Во второй главе проведено детальное рассмотрение процессов зарядки и формирования мениска жидкости, его разрушения и ускорения образованных частиц в электростатическом поле системы электродов генератора В результате комплексного решения этих задач получены зависимости параметров частиц от параметров генератора и от физических свойств рабочей жидкости, зависимости диаметра частиц и их удельного заряда от напряжения на игольчатом электроде показаны на рисунках 7, 8
Известно, что в слабопроводящих средах под влиянием сильных неоднородных электрических полей возникает объемный заряд, определяемый градиентом проводимости среды В области высокой напряженности электрического поля, в соответствии с моделью Френкеля, проводимость жидкого
е^Е^2
диэлектрика задается соотношением 0- = 0- ехр————— >
(яе )/2кТ
где сто- проводимость при низкой напряженности поля, е- заряд электрона, Е-напряженность электрического поля, в- относительная диэлектрическая
проницаемость жидкости, е0- диэлектрическая проницаемость вакуума , к-постоянная Больцмана (1,38*1(Г23Дж/К), Т- температура
Градиент проводимости в межэлектродном пространстве обусловлен
1 неоднородностью электрического поля системы электродов игольчатый электрод- плоский вытягивающий электрод (рис 1),
2 неоднородностью среды (на границе раздела «жидкий диэлектрик- вакуум» проводимость скачкообразно изменяется)
Заряд диэлектрической жидкости на игольчатом электроде рассматривается как объемный заряд жидкости (связанный с неоднородностью электрического поля), поверхностный свободный заряд на границе раздела двух сред «жидкость-вакуум» (возникающий из-за
скачкообразного изменения проводимости среды на границе «жидкий диэлектрик-вакуум») и поверхностный связанный заряд (возникающий вследствие поляризации диэлектрика)
При аналитическом определении распределения заряда и электрического поля системы электродов используется конформное преобразование системы электродов гиперболоид-плоскость в плоскость-плоскость
; ( Г~2-5-^
п, гъта г эт а , м> = —\п -+ л-^-+ 1
а И V А
V у
Количественные оценки, проведенные в рамках рассмотренной модели, позволяют утверждать, что при выполнении очевидного требования влияния поверхностного заряда мениска жидкости на игольчатом электроде на электрическое поле системы электродов игла — плоскость объемным зарядом мениска диэлектрической жидкости можно пренебречь, а решающее влияние на процесс диспергирования оказывает поверхностный заряд мениска жидкости При диэлектрической проницаемости больше 2 плотность связанного поверхностного заряда в момент времени 1=0 близка к максимально возможной плотности свободного заряда, то есть за время образования свободного заряда практически не происходит изменения плотности полного поверхностного заряда, а происходит уменьшение связанного и увеличение свободного поверхностного заряда (рис 2)
Параметры частиц зависят от формы мениска Определение формы мениска проводится путем подбора параметров (а- расстояние между поверхностью мениска и вытягивающим электродом и а. - угол между вытягивающим плоским электродом и касательной к поверхности мениска, проведенной из точки (0,0)), при которых
Рисунок 1 - Расчетная модель системы электродов (1- игольчатый электрод, 2- мениск жидкости, 3- вытягивающий электрод, И- расстояние между электродами, а- расстояние между плоским электродом и мениском жидкости, а-угол между плоским электродом и касательной к поверхности гиперболоида)
потенциальная энергия W мениска будет минимальной при условии сохранения объема мениска Потенциальная энергия жидкого мениска ¡V складывается из энергии сил поверхностного натяжения Жа и энергии взаимодействия электрического заряда с электростатическим полем \¥э (рис 3) ]у = \¥а + IVэ
8П03
б* 10
4*10
240
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Рисунок 2- Зависимости плотности поверхностного заряда мениска жидкости связанного (штрих пунктирная), свободного (пунктирная), полного (сплошная) от времени (в вакуумном масле при /¡=0,03 м, толщине диэлектрика 10"5м, угле а=99° и (7о=10000В)
2 708*Ч0"6
2,706*10' .2 704*30'' 2 702*10 6 2,7*1015 2,698*10;''
-Дж
ТУ— Дж
"1,545 1 55 1 555 1,56 1 565 ^
Рисунок 3- Зависимости энергий (штрих пунктирная), ХУа. (пунктирная), \У
(сплошная) от угла СС (в вакуумном масле при /г=0,02м и Со=ЮкВ) Выберем в качестве мениска жидкости объем жидкости на конце электрода от 2=а до т=Ъй (20 выбирается в соответствии с режимом работы генератора) Тогда
энергия поверхностных сил такого мениска запишется — а0 2яр(г)с1г
где а0 -коэффициент поверхностного натяжения, р{г)- описывает поверхность
мениска жидкости в полярных координатах
За электрическую энергию примем энергию взаимодействия электрического заряда на поверхности мениска с электрическим полем системы электродов, которая будет определяться интегралом по всей поверхности мениска от произведения плотности поверхностного заряда и потенциала электрического поля в этой точке
И/э = [°Ср, <Рг\гр 2лр(£)&
В зависимости от длины иглы различаются два режима диспергирования
1) Короткая игла (первый) Жидкость покрывает иглу толстым слоем Количество жидкости на конце капилляра ограничивается скоростью протекания жидкости по нему
2) Длинная игла (второй) Жидкость покрывает иглу тонким слоем и подтекает в область диспергирования по поверхности иглы
Для решения задачи о параметрах образующихся частиц рассматривается динамика роста возмущений поверхности тонкой струи Так как струя имеет форму гиперболоида, то диаметр струи увеличивается от ее конца до ее основания,
увеличивается длина возбужденной волны (рис 4) Л(г)= л/з г2 - а2 ■
№
Скорость частицы находится ИЗ решения уравнения движения заряженной частицы в
электромагнитном поле:
ф с 1 ]
где с — скорость света в вакууме; П — вектор напряженности магнитного поля, О и П1- заряд и масса частицы. Рисунок 4- Модель разрушения струи на копчике игольчатого электрода.
В нашем случае магнитное поле создается только самой частицей, а,
следовательно, вектора V к Я с о направлены, значит их произведение равно нулю.
Продольная и поперечная составляющие вектора напряженности электрического поля являются как функциями координат, так и функциями времени, но будем учитывать и то, что электрическое поле вне жидкости со временем изменяется мало, и будем считать его постоянным. Кроме того, составляющей Ер (проекция вектора напряженности поля в цилиндрической системе координат) при услоииях достаточно малого внешнего диаметра вытягивающего электрода можно пренебречь и рассматривать движение частицы по оси симметрии системы
электродов:
с!12
В третьей главе представлено техническое описание спроектированного генератора жидких высокоскоростных частиц и стенда для экспериментального исследования генератора жидких частиц, приведены результаты экспериментальных исследований режимов работы генератора и зависимостей параметров частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости.
Для экспериментальной проверки теоретических расчетов был разработан и построен генератор высокоскоростных частиц жидкости, изображение и схема которого приведена на рисунке 5.
Рисунок 5- Генератор высокоскоростных жидких частиц.
Генератор работает следующим образом: жидкость через игольчатый гатекатель 1 малыми дозами подается в камеру подготовки жидкости 2 в резервуар
3 с крышкой 4 При этом жидкость начинает бурно кипеть, давление резко увеличивается, но, так как объем поступившей жидкости мал, она быстро обезгаживается, и вакуум восстанавливается Затем жидкость поступает в капилляр 5, в котором находится игольчатый электрод 6, на который подается высокий потенциал через междукамерную крышку 7 В камере диспергирования 8 на конце капилляра 5 мениск жидкости принимает форму сфероида и при появлении достаточного заряда на поверхности жидкости под действием электрических сил начинает вытягиваться и принимает форму тонкой струи Тонкая струя под действием поверхностных сил дробится на маленькие частицы, диаметр которых тем меньше, чем меньше диаметр мениска
После зарядки и ускорения в инжекторе частицы ускоряются электрическим полем в линейном электростатическом ускорителе (рисунок 6), приобретая скорость до 5-6 км/с
Рисунок 6 - Структурная схема стенда для экспериментального исследования генератора
жидких частиц
На рисунке 6 приняты следующие обозначения Г — генератор жидких заряженных частиц, ИЛ - измерительная линейка, ЭСЛУ - электростатический линейный ускоритель, УН- умножитель напряжения, ИК - испытательная камера, ФН - форвакуумный насос, ВН - высоковакуумный насос, ИН - игольчатый натекатель, ПЗ - проходной затвор, КО - клапан отсекатель, КН - клапан натекатель, ВД - вакуумные датчики, ВИТ - вакуумметр ионизационно-термопарный, БПГ -блок питания генератора, БП - блок питания, АБ - аккумуляторная батарея, ЗУ -зарядное устройство, ЛР - лазерная развязка, К1 - первый контроллер, К2 - второй
- измеритель высокого кольцо Фарадея, ПИТ-
контроллер, У - усилитель, К - компаратор, ИВН напряжения, ВГ - высоковольтный генератор, КФ-преобразователь ионизационного типа
Для регистрации скорости частицы используется пара датчиков индукционного типа (колец Фарадея) При движении частицы вдоль оси симметрии кольца на него наводится потенциал противоположного заряду частицы знака Таким образом можно вычислить наводимый на кольца потенциал В данном случае решается обратная задача по измеренному потенциалу вычисляется заряд частицы () = С и, где С - емкость кольца Фарадея, и - наводимый на него потенциал
Скорости частиц измеряются путем измерения временного интервала, за который частица пролетает известное расстояние между двумя индукционными датчиками Если база (расстояние между центрами колец Фарадея) известна, то
скорость частицы определится как у - ^ ?, где Ь - база колец Фарадея,/- частота
п
тактового генератора, п — количество импульсов, сосчитанных счётчиком
Зная эффективное напряжение линейного ускорителя (и0) по измеренным значениям скорости частицы перед линейным ускорителем (У0) и после линейного ускорителя (V]), можно определить удельный заряд частицы - важную
характеристику для формирования ускоряющего напряжения б _ ^ ~ Ур
т
коэффициент времени пролета для линейного ускорителя (КПД)
где Т0
2 U0T0
Среди режимов работы генератора выявлено два режима генерации
q/m,Kji/Kг ,d, мкм
qim, 'Кл/кг d, мкм
ü, kB
Рисунок 7- Зависимость диаметра с! (1) и отношения заряда к массе q/m (2) первой в группе частицы вакуумного масла ВМ1 от напряжения на игольчатом электроде,
длина электрода 1 мм. расстояние между электродами Ь=16мм, диаметр острия 3 мкм (сплошная линия- аппроксимация результатов экспериментов, пунктирная- результаты физико-математического моделирования)
-1—I—1—I—I—1— U, кВ 5 10 15
Рисунок 8- Зависимость диаметра d (1) и отношения заряда к массе q/m (2) первой в группе частицы вакуумного масла ВМ1 от напряжения на игольчатом электроде, длина электрода 3 мм. расстояние между электродами h= 12мм, диаметр острия D=3 мкм (сплошная линия- аппроксимация результатов экспериментов, пунктирная- результаты физико-математического моделирования)
В первом режиме короткая игла длиной 0,5-1,7 мм выступает в роли только зарядного электрода При увеличении напряжения на игле мениск становится острее и эмиссионный выступ становится острее, среднее давление электрических сил на мениск жидкости на кончике капилляра уменьшается, так как уменьшается диаметр мениска на конце иглы, на который непосредственно действуют эти силы, частицы уменьшаются (рис 7), q/m увеличивается (чем острей мениск, тем больше плотность заряда на нем), частота увеличивается, так как уменьшается толщина мениска, и он может быстрее разрушиться
Второй режим наблюдается, когда игла имеет длину более 2,7 мм и является не только зарядным электродом, но и задающим форму мениска элементом
При повышении напряжения размер частиц увеличивается, а отношение заряда к массе уменьшается (рис 8) Это связано с тем, что при увеличении напряжения на игольчатом электроде увеличивается давление электрических сил, действующих на поверхность жидкости, и толщина слоя жидкости увеличивается за счет увеличения объема жидкости, подтекающей к острию по поверхности игольчатого электрода
Генерация частиц осуществляется группами Осциллограммы сигналов с первого и второго колец Фарадея измерительной секции, установленной за инжектором, показаны на рисунках 9, 10
15тУ~
16тГ
2т«
15т\Г 15кМ~
02пв
.ХХХ10
Рисунок 9- Осциллограммы сигналов с колец Фарадея после инжектора при большом времени развертки
Рисунок 10- Осциллограммы сигналов с колец Фарадея после инжектора при малом времени развертки
Наблюдаемый процесс диспергирования имеет низкую изменчивость на уровне повторяющихся периодически групп импульсов (частиц) В группах присутствует несколько частиц с различными параметрами, причем количество частиц в группе и их параметры для каждого порядкового номера от группы к группе высоко стабильны Оценка моностабильности параметров частиц проводилась по их диаметру и составила
1) Для первого режима на уровне групп не хуже 10%,
2) Для второго режима на уровне групп не хуже 3%,
3) Для первого режима на уровне частиц не хуже 40%,
4) Для второго режима на уровне частиц не хуже 33% Осциллограммы сигналов с колец Фарадея после электростатического
ускорителя представлены на рисунке 11 Осциллограммы сигналов с кольца Фарадея, установленного вблизи мишени и с ионизационного датчика,
представленные на рисунке 12, подтверждают устойчивость жидких частиц в процессе полета к мишени и факт удара частицы о мишень
5тУ~
50и$
5#Г
5Ш~
20ш
Рисунок 12- Осциллограммы сигналов с кольца Фарадея у мишени и датчика ионизационного типа
Рисунок 11- Осциллограммы сигналов с колец Фарадея после ускорителя (частица первая в группе 0,5 мкм, 1,5 км/с, q/m 10)
В четвертой главе Определены погрешности экспериментального исследования зависимостей параметров частиц на выходе генератора высокоскоростных заряженных частиц от его параметров и от физических свойств рабочей жидкости и погрешности математического моделирования процесса зарядки и электродиспергирования мениска жидкости на конце игольчатого электрода
Погрешность измерений параметров частиц составляет
• для определения скорости частицы - 1,4%,
• для измерения заряда - 2,2%,
• для определения диаметра частицы -3,1%,
• для определения удельного заряда - 9%
Наиболее рациональным путем увеличения точности измерений является уменьшение погрешности измерения эффективного ускоряющего напряжения линейного электростатического ускорителя
Погрешность вычисления параметров частиц составила
• для диаметра частиц 1,1%,
• для заряда частиц 1,2%,
• для скорости частиц 1,6%,
• для частоты диспергирования 1 %
Физико-математическая модель адекватно отражает исследуемое физическое явление, отклонение рассчитанных параметров частиц от экспериментальных не более 10-20%
В пятой главе рассмотрены элементы конструкции генератора жидких частиц и методика проведения экспериментов с генератором высокоскоростных жидких частиц в составе электростатического или электродинамического ускорителя вертикального или горизонтального типа по моделированию высокоскоростных космических микрочастиц
Основные результаты и выводы.
1 Показана актуальность для аэрокосмической техники проблемы построения устройств для моделирования высокоскоростных космических микрочастиц
1 Показано, что главным отличием методов электростатического диспергирования является возможность получения потоков высокоскоростных заряженных частиц с высокостабильными параметрами
3 Проведен аналитический расчет электрического поля игольчатого электрода, а также распределения электрического заряда по мениску жидкости на кончике высоковольтного электрода
4 Определены зависимости параметров частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости при электродиспергировании мениска жидкости, имеющего равновесную форму на игольчатом электроде
5 На основании разработанной физико-математической модели диспергирования мениска диэлектрической жидкости на конце игольчатого высоковольтного электрода предложена методика получения высокоскоростных заряженных жидких частиц, положенная в основу разработанного генератора
6 Разработан генератор высокоскоростных заряженных жидких частиц
7 Проведено экспериментальное исследование режимов работы генератора и зависимостей параметров частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости
8 Показано, что результаты физико-математического моделирования подтверждаются экспериментальными исследованиями с точностью 10-20%
9 Показано, что разработанный генератор высокоскоростных заряженных жидких частиц позволяет получать потоки частиц с частотой следования 5-500 Гц, при диаметре частиц от 0,05 до 10 мкм и со скоростями от 0,1 до 2 км/с Моностабильность параметров генерируемых частиц не хуже а=10%
10 Разработана методика проведения моделирования высокоскоростных космических микрочастиц с помощью генератора генератором жидких высокоскоростных частиц, работающего в сопряжении с ускорителем электростатического или электродинамического типа
Список научных работ.
1 Шепелев С М , Богоявленский Н Л, Воронов К Е Математическая модель преобразователя полусферической конструкции // Вестник СГАУ, 2002, Серия Актуальные проблемы радиоэлектроники, Выпуск 7, с 82-92
2 Семкин Н Д, Пияков А В, Воронов К Е , Шепелев С М , Богоявленский Н Л Инжектор заряженных пылевых частиц // Приборы и техника эксперимента -2006, №3, с 154-159
3 Шепелев С М, Семкин Н Д , Заряд мениска диэлектрической жидкости на высоковольтном игольчатом электроде// Вестник СГАУ, 2006, №1, с 200208
4 Семкин Н Д, Пияков А В , Воронов К Е, Шепелев С М Определение оптимальной геометрии трубок дрейфа// Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2006, Том 9, № 1, с 64-71
5 Шепелев С М Семкин Н Д Расчет электрического поля и заряда мениска диэлектрической жидкости на высоковольтном игольчатом электроде // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2007, ТомЮ, №1, с 115-119
6 Семкин Н Д, Шепелев С М, Исследование потоков микрочастиц при электростатическом диспергировании жидкости // Вестник СГАУ, 2006, № 3(11), с 40-48
7 Семкин Н Д, Пияков А В., Воронов К Е , Шепелев С М, Источник заряженных пылевых частиц //Патент на полезную модель 1Ш 58839 -опубл 27 11 2006
8 Семкин Н Д, Богоявленский Н Л, Шепелев С М Источник заряженных жидких частиц //Патент на полезную модель ЯибЗ 160, 10 мая 2007 г
9 Шепелев С М, Генератор высокоскоростных жидких частиц // Тезисы докладов и сообщений II Международной научно-технической конференции Физика и технические приложения волновых процессов Под ред В А НегановаиГП Ярового, Самара, 2003, с 341
10 Шепелев С М, Физико-математическая модель образования и ускорения высокоскоростных жидких диэлектрических частиц в вакууме// Тезисы докладов 5 Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» под ред В А Неганова и Г П Ярового, 2006, с 326-327
Отпечатано с готового оригинал-макета Подписано в печать 22 05 07 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Тираж 100 экз
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ГЕНЕРАЦИИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МИКРОЧАСТИЦ.
1.1. Параметры ускоренных частиц.
1.1.1. Источники частиц.
1.1.2. Характеристики частиц.
1.2. Анализ методов и устройств для проведения ударных экспериментов.
1.3. Анализ методов и устройств генерации высокоскоростных заряженных частиц.
1.3.1. Генераторы твердых частиц.
1.3.2. Генераторы жидких частиц.
1.3.3.Электростатическая эмиссия.
1.4. Выводы.
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦИ ПРИ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ МОНОДИСПЕРГИРОВАНИИ.
2.1. Постановка задачи.
2.2 Электрический заряд и поле в мениске диэлектрической жидкости на конце высоковольтного электрода.
2.3. Форма мениска при электростатическом диспергировании жидкости на кончике высоковольтного электрода.
2.4. Натекание жидкости в область диспергирования.
2.5. Разрушение струи жидкости формы вытянутого гиперболоида.
2.6. Движение частицы в ускорительном тракте генератора высокоскоростных заряженных частиц.
2.7. Образование высокоскоростных заряженных частиц при электростатическом диспергировании.
2.8. Выводы.
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖИДКИХ ЧАСТИЦ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.1. Генератор высокоскоростных жидких частиц.
3.2. Стенд для экспериментального исследования генератора жидких частиц.
3.3. Измерение параметров частиц.
3.4. Результаты экспериментов.
3.4.1. Режимы работы генератора жидких высокоскоростных заряженных частиц.
3.4.2. Моностабильность параметров частиц на выходе генератора и их устойчивость.
3.4.3. Зависимость диаметра частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости.
3.4.4. Зависимость удельного заряда частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости.
3.4.5. Зависимость частоты образования частиц от параметров генератора.
3.4.6. Зависимость скорости частиц на выходе от параметров генератора.
3.5. Выводы.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ.
4.1. Классификация погрешностей.
4.2. Погрешности эксперимента.
4.2.1. Погрешность измерения скорости.
4.2.2. Погрешность измерения напряжения блока питания генератора.
4.2.3. Погрешность измерения удельного заряда частиц.
4.2.4. Погрешность измерения заряда и диаметра частиц.
4.2.5. Погрешность измерения размеров конструктивных узлов генератора и проводимости жидкости.
4.2.6. Моностабильность параметров частиц.
4.3. Погрешность физико-математического моделирования.
4.3.1. Погрешность численных методов вычислений.
4.3.2. Модельная погрешность.
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРА
ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖИДКИХ ЧАСТИЦ И ЗАДАЧИ,
РЕШАЕМЫЕ С ЕГО ПОМОЩЬЮ.
5.1. Подготовка рабочей жидкости к эксперименту.
5.2. Игольчатый натекатель.
5.3. Подвод жидкости к острию.
5.4. Вытягивающий электрод.
5.5. Фокусирующий электрод.
5.6. Зарядочувствительный усилитель.
5.7. Применение генератора высокоскоростных частиц для моделирования космических частиц в составе ускорительной техники.
5.8. Возможные применения генератора высокоскоростных жидких частиц.
5.9. Выводы.
Актуальной проблемой современной авиакосмической промышленности является создание космических аппаратов (КА) с большими сроками эксплуатации и большей надёжностью. Одним из основных факторов, влияющих на надёжность и долговечность КА, является коррозия и старение материалов элементов конструкций КА. Коррозия материалов КА является следствием их взаимодействия с атмосферой КА, а также с микрометеоритами естественного происхождения и техногенными высокоскоростными пылевыми частицами, так называемым космическим мусором.
Источником частиц в межпланетной среде может служить механическое раздробление вещества при столкновениях малых тел солнечной системы или при ударах метеоритов о поверхность планет, лишенных атмосферы [1].
Также источником частиц может служить конденсация при разлете в пустоту испаренного вещества грунта планеты, метеоритов или астероидов [2].
Возрастающая активность в космическом пространстве многих стран и консорциумов приводит к его интенсивному загрязнению фрагментами ракетно-космической техники и появлением нового класса - техногенных пылевых частиц применительно к околоземному космическому пространству.
По результатам многочисленных исследований [3,4,5] на высотах от 300 до 1600 км наблюдается наиболее высокая их концентрация, по уровню уже значительно превосходящая плотность потока частиц естественного метеороидного фона. По данным Космического военного управления США около трети всех выбоин на поверхности исследуемых пластин - результат соударения с мелкими частицами космического мусора, источниками которого являются: газовыделение конструкций и материалов КА; деструкция материалов поверхностей КА; продукты работы маршевых и маневровых двигателей; продукты работы систем обеспечения жизнедеятельности; технологические и экспериментальные работы на борту; вспомогательные технологические узлы и элементы космической техники, отделяемые после их отработки; отработавшие ресурс или аварийные КА; столкновения, взрывы КА; дезинтеграция КА [6].
По данным научно-исследовательского центра имени Джонсона (NASA) большая часть космического мусора сосредоточена на расстоянии до двух тысяч километров от поверхности Земли. Средняя скорость столкновений меняется от 9 км/с для орбит с малым наклоном до 13 км/с для околополярных орбит [7].
Размеры частиц и фрагментов антропогенного происхождения составляют значения от долей микрометра до десятков сантиметров. Согласно данным наблюдений [8] количество частиц с размерами более 10 см, регистрируемых радиолокационными средствами, составляет около 7000. Частицы меньших размеров не поддаются прямому детектированию, и их количество оценивается по различным моделям величиной на несколько порядков выше числа наблюдаемых. Важно отметить, что наблюдается устойчивая тенденция роста частиц антропогенного загрязнения всех размеров. Так, измерения на Скайлэбе показали, что концентрация микрочастиц антропогенного происхождения составила 0,1 см"3, в то время как по результатам измерений на Шаттле спустя 10 лет, концентрация таких частиц составила уже 100-200 см' , т.е. наблюдается увеличение концентрации на 3 порядка [9]. Последствия загрязнения частицами и фрагментами крупных размеров очевидны: столкновения при скоростях соударений порядка нескольких километров в секунду могут привести либо к катастрофическому разрушению КА, либо к выводу из строя его отдельных систем. Влияние соударений КА с частицами размерами менее 1 мм в настоящее время нельзя считать достаточно изученным. При высоких скоростях встречи возможно эрозионное разрушение поверхностей элементов конструкций КА. При низких скоростях возможно осаждение частиц на этих поверхностях.
Вся совокупность имеющихся к настоящему времени экспериментальных данных свидетельствует о возникновении угрозы значительного влияния антропогенного загрязнения верхней атмосферы околоземного космического пространства на функционирование космической техники.
Функционирование различных систем и устройств КА, таких как двигатели ориентации и системы дозаправки компонентами топлива, сопровождается периодическим выбросом в космос жидких компонентов топлива [10,11]. При этом, как показали эксперименты на орбитальной станции "Мир", при работе двигателей ориентации выброс сгоревших и несгоревших, в том числе капельных, фракций топлива происходит практически в полную сферу - от 0 до 180° относительно оси струи, что связано, в первую очередь, с особенностями истечения газов и жидкостей в вакуум. Попадающие в поле течения выхлопного факела элементы конструкции КА подвергаются механическому и физико-химическому воздействию, что, безусловно, является отрицательным фактором. В связи с этим особый интерес конструкторов КА вызывает воздействие жидких высокоскоростных частиц диаметром от 0,1 до 10 мкм со скоростями 0,5-5 км/с, большие потоки которых на элементы конструкции КА возникают при включении двигателей.
Возникает проблема испытания материалов элементов конструкций КА на соударение с высокоскоростными частицами в лабораторных условиях, так как проведение натурных экспериментов на околоземной орбите связано с большими затратами. Достоинствами лабораторного моделирования экспериментов по соударению с материалами элементов конструкций КА является возможность осуществления управляемых экспериментов и измерения важных величин пылевых частиц [12].
На первоначальном этапе для проведения ударных экспериментов использовались электростатические ускорители (предназначенные для ускорения элементарных частиц), для которых были разработаны инжекторы пылевых заряженных частиц. Громоздкость данных конструкций не позволяла повсеместное использование таких ускорителей для решения прикладных задач. Поэтому в последнее время были разработаны специальные конструкции ускорителей, предназначенные для ускорения микрочастиц, и инжекторы высокоскоростных заряженных частиц для них [13].
Для моделирования воздействия высокоскоростных жидких частиц на элементы конструкции КА необходимо разработать генератор жидких частиц, который в сопряжении с современной ускорительной техникой позволил бы проводить такого рода исследования.
Среди большого разнообразия методов получения микрочастиц лишь методы монодиспергирования жидкости позволяют получать потоки заряженных высокоскоростных микрочастиц с высокостабильными параметрами. Использование методов монодиспергирования жидкости позволяет устранить основные недостатки экспериментов, проводимых с использованием твердых высокоскоростных частиц: низкую моностабильность параметров частиц, неправильную форму частиц. Таким образом, используя разработанный генератор с системой заморозки жидких частиц, можно получить потоки высокоскоростных заряженных твердых частиц с высокостабильными параметрами. Эти частицы могут быть использованы для моделирования высокоскоростного удара в современных ускорителях электростатического и электродинамического типа.
Таким образом, разработка генератора высокоскоростных заряженных жидких частиц является важной задачей, решение которой позволяет провести моделирование воздействия высокоскоростных жидких частиц на элементы конструкции КА и повысить качество результатов экспериментов в области изучения влияния твердых космических микрочастиц на элементы конструкции КА.
Кроме того, разработанный генератор высокоскоростных жидких частиц может быть использован для подпитки топливными таблетками термоядерных энергетических установок, для получения микронных и субмикронных гранул вещества сферической формы, для получения тонких однородных покрытий, для стабилизации положения КА (в качестве стабилизационного микродвигателя).
Основные результаты работы.
1. Показана актуальность в аэрокосмической технике проблемы построения устройства для моделирования высокоскоростных жидких частиц, а также несовершенство современных инжекторов, спроектированных для электростатических и электродинамических ускорителей микрочастиц.
2. Показано, что все большее развитие получают методы электростатического монодиспергирования жидкости, главным отличием которых является возможность получения потоков высокоскоростных заряженных частиц с высокостабильными параметрами.
3. Проведен аналитический расчет электрического поля игольчатого электрода, а также распределения электрического заряда по мениску жидкости на кончике высоковольтного электрода.
4. Определены зависимости параметров частиц от характеристик генератора и физических свойств жидкости при электродиспергировании мениска жидкости, имеющего равновесную форму, на игольчатом электроде.
5. На основе разработанной физико-математической модели диспергирования мениска диэлектрической жидкости на конце игольчатого высоковольтного электрода, предложена методика получения высокоскоростных заряженных жидких частиц, положенная в основу разработанного генератора.
6. Представлено техническое описание спроектированного генератора высокоскоростных заряженных жидких частиц, описан принцип работы составных блоков устройства.
7. Представлено техническое описание устройства моделирования высокоскоростных частиц, в составе которого работает разработанный генератор, а также системы измерения и контроля параметров генерирумых частиц.
8. Проведено экспериментальное исследование режимов работы генератора и зависимостей параметров частиц от параметров генератора и физических свойств жидкости.
9. Показано, что результаты эксперимента хорошо согласуются с данными разработанной модели процесса электродиспергирования.
10. Показано, что разработанный генератор высокоскоростных заряженных жидких частиц позволяет получать потоки частиц с частотой следования до 500 Гц, при диаметре частиц от 0,01 до 10 мкм и со скоростями от 0,1 до 2 км/с. Моностабильность параметров генерируемых частиц не хуже а=3%.
11.Разработана методика проведения моделирования воздействия высокоскоростных космических микрочастиц на элементы конструкции КА с генератором жидких высокоскоростных частиц, работающим в сопряжении с ускорителем электростатического или электродинамического типа.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе проведена разработка генератора высокоскоростных заряженных жидких частиц. Разработка устройства носила комплексный характер и включала рассмотрение существующих устройств моделирования высокоскоростных космических частиц, выявление их недостатков, постановку и последующее решение задач для их устранения. В результате работы был спроектирован генератор высокоскоростных заряженных жидких частиц с большей, по сравнению с существующими, эффективностью, диапазоном генерируемых частиц и моностабильностью их параметров. В основу разработанного устройства положен метод электростатического монодиспергирования жидкости на конце игольчатого электрода.
1. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М., Наука, 1966, 419с.
2. Potter A. Measuring the orbital debris populaittion. Earth Space.// 1995, vol.4, №3, p. 123-129.
3. Мазжорин Д.А., Чекалин C.B. Космос и экология // Сб. ст. "Проблемы космического мусора". М: Знание, 1991, с.9-15.
4. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под редакцией Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций. М: "Наука", 1973,165 с.
5. Столкновение в околоземном пространстве (космический мусор). Сб. научн. Трудов/Под ред. Масевича А.Г.: «Космоинформ», 1995,234 с.
6. Дикки Н.Р., Калп Р.Д. Определение характерной массы фрагментов космического мусора, обращающихся по низким околоземным орбитам// Аэрокосмическая техника,№19,1990,с.51-57.
7. Kessler D.J. Average Relative Velocity of Sporadic Meteoroids in Interplanetary Space.// AIAA Journal, December, 1969, vol.7, №12, p.2337-2338.
8. Семкин Н.Д., Воронов K.E., Новиков JI.C., Регистрация пылевых и газовых частиц в лабораторных и космических условиях. Самара: Изд-воСГАУ, 2005,942 с.
9. Лебединец В.П. Аэрозоль в верхней атмосфере и космическая пыль, Ленинград, ИЭМ, 1981,271 с.
10. Ярыгин В.Н., Приходько В.Г., Ярыгин И.В., Герасимов Ю.И., Крылов А.Н., Пространственная модель направленной излучательной способности струй продуктов сгорания.// XXXI Академические чтения по космонавтике, 2007, с. 126-127.
11. Акулин А.И., Гордеев Ю.П., Григорян О.Р., Игнатенко А.В., Новиков JI.C., Соловьев Г.Г., Материаловедческий комплекс аппаратуры СПУТ-VI.// ПТЭ, 2004, №1, C105-108.
12. Семкин Н.Д., Пияков А.В., Воронов К.Е., Богоявленский H.JL, Горюнов Д.В. Линейный ускоритель для выявления микрометеоритов.// ПТЭ, №2, 2007, с. 140-147.
13. Высокоскоростные ударные явления, /под ред. Николаевского В.И.-М: «Наука», 1973-561с.
14. Мержлевский JI.A., Титов В.Н., Фадеенко Ю.И., Швецов Г. А. Высокоскоростное метание твёрдых тел. //Физика горения и взрыва.,1987, т.23, №5, с.77-91.
15. Акишин А.И., Новиков JI.C. Методы имитации воздействия окружающей среды на материалы космических аппаратов. М: Изд-во МГУ, 1986, 154с.
16. Баренгольтц Дж.В. Прилипание частиц к поверхности в вакууме. //Аэрокосмическая техника, 1989, №1, с.100-109.
17. Халл О.Ф., Вакимото Ж.Н. Измерение скорости накопления загрязнения поверхности КА в зависимости от величины ее заряда// AJAA Paper, 1984, №1703, рр.5-8.
18. Corso J.J. Potential effects of cosmic dust and rocket exhaust particles of spacecraft charging.// Acta astronaut, 1985, vol 12, №4} pp.265-267.
19. Breisacher P., Mahudevan P. Impact of liquit hydrazine on heated surface in the low pressure space environment.// AJAA.- shuttle environment and operatious meeting a collection of technical papars, 1983, pp.127-130.
20. Carre D.J., Hall D.R. Contamination on the P78-2 (SCATTA).// J. Spacecraft and Rockets, 1983, vol 10, №5, pp.144-149.
21. Грин Б.Д., Коледопия Дж.Э., Уилкерсон Т.Д. Окружающая среда КЛАМИ "СПЕЙС ШАТТЛ": газы, макрочастицы и свечения.// Аэрокосмическая техника, 1986, №9, с 130-147.
22. Поттер А.Э. Измерение характеристик космического мусора.// Аэрокосмическая техника, 1989, №1, с. 143-145.
23. Столкновение в околоземном пространстве (космический мусор).// Сб. научн. Трудов/ Под. ред. А.Г. Масевича М: Космоинформ, 1995.
24. Potter A. Measuring the orbital debris population. //Earth Space, 1995, vol.4, №3, p. 23-27.
25. Fluri W. ESA spase debris research activities.// Earth Space Review, 1995, vol. 4, № 3, p 43-48.
26. Klinkrad H., John R. The space debris environment of the Earth.// ESA Journal, 1992, vol. 16, №1, p. 167-171.
27. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под. ред. Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций.- М: «Наука», 1973,-165с.
28. Derral J., Fred S., The spatio-temporal impact fluxes and high timeresolution studies of multi-impact events and long lived debris clouds // Oliver and others- earth Space Review, 1993, vol. 6, №5, p.517-528.
29. Haranyi M., Houpis H., Mendis D. Charged Dust in Earthis Magnetosphere. //J. Physical and Synamical Process, 1988, v. 144, p.215-229.
30. Harani M. The Spatial Distribution of Submicron Sized Debris in the Terrestrial Magnetophere. //Adv. Space Res., 1990, v. 10, p.403-407.
31. Мерзляков E.T. О движении субмикронных частиц на низких околоземных орбитах. // Космические исследования, 1996, т.32, №5, с.558-560.
32. Лобанов А.Б., Павличенко Е.А. Аккреция Землей микрометеороидного вещества через область полярного каспа. // Космические исследования, 1986, т.22, №1 с.9-15.
33. Вербицкий С.С., Иванов Е.А., Клемов Г.И. и др. Микрометероиды и микрометеориты. Физика взаимодействия с веществом. Методыисследования физических параметров и химического состава. Препринт. Черноголовка, 1986, с.9-15 , 70-73,140-144.
34. Альвен X. Космическая плазма. М: «Мир», 1983,с. 121-128.
35. Модель космического пространства /Под ред. Ак. Вернова С.Н., М: Издательство МГУ, 1983, издание 7, с.281-311.
36. Шоуди С.Д., Пиккот Дж.С. Первые результаты исследования плазменной среды, создаваемой орбитальной ступенью КЛАМИ «СПЕЙС ШАТТЛ» с помощью модуля диагностической плазмы.// Аэрокосмическая техника, 1985, №5, с.93-99.
37. Corso J.J. Potential effects of cosmics dust and rocket exhaust particles on spacecraft charging.// Acta astronaut, 1985,12,№4,p.265-267.
38. Назиров P.P., Рязанова E.E., Сагеев Р.З. Анализ процесса самоочищения космоса от «мусора».// ИКИ АН СССР, 1990; препринт №1676.
39. Высокоскоростные ударные явления /под ред. Николаевского В.И.-М: «Наука», 1973, 561с.
40. Шепелев С.М., Богоявленский Н.Л., Воронов К.Е. Математическая модель преобразователя полусферической конструкции.// Вестник СГАУ. 2002, Выпуск 7, Самарский государственй аэрокосмический университет, с. 82-92.
41. Семкин Н.Д., Пияков A.B., Воронов К.Е., Шепелев С.М., Определение оптимальной геометрии трубок дрейфа.// Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2006, Том 9, № 1, 64-71с.
42. Мс Donnaids J.A.M. A Smitched lineon accleration technique for microparticles.// Rev. Sei Instrum, 42,1971, p.274.
43. Slattery J.C., Becker D.G., Hamermesh В., Roy N.L., A linear accelerator for simulated micrometeors.// Rev. Sci. Instrum, 1973, v. 44, №6, pp: 755-762.
44. Семкин Н.Д., Пияков A.B., Воронов K.E., Помельников Р.А., Ускоритель высокоскоростных пылевых частиц.// Патент на изобретение №2205525, Выдан 2003 г.
45. Синкевич О.А., Тимохин А.Д., Шишов В.В., О возможности получения когерентных потоков монодисперсных сферических одинаково заряженных частиц.// Письма в ЖТФ, т. 7, вып. 2,1981. с 77-78.
46. Безруков В.И., Костылев А.А. Экспериментальное исследование электростатической эмиссии монодисперсных капель.// Труды МЭИ, №185,1988,с. 43-53.
47. Семкин Н.Д., Пияков А.В., Воронов К.Е., Шепелев С.М., Источник заряженных пылевых частиц. // Патент на полезную модель RU 58839.-опубл. 27.11.2006.
48. Монодиспергирование вещества: принципы и применение. / Под ред. В.А. Григорьева, М., Энергоатомиздат, 1991,326 с.
49. Фукс Н.Г., Ситугин А.Г. Монодисперсные аэрозоли.// Усп. химии, 1965, т. 34, вып.2, с. 276-299.
50. Sinclair D., La Мег V.K. Light Skattering as a Measure of Particle Size in Aerosols. The Production of Monodisperse Aerosols.// Chem. Revs., 1949, v. 44, №2, p. 245-267.
51. Burgoyne J.H., Cohen L. The Production of Monodisperse Aerosols of Large Drop Size. //J. Colloid Sci, 1953, v.8, №3, p. 364-366.
52. Rapaport E. Wenstock S.E. A Generator for homogeneous Aerosols. // Experientia, 1955, v. 11, № 9, p. 363-364
53. Коган Я.И., Бурнашева З.А. Укрупнение и измерение ядер конденсации в непрерывном потоке. // Журнал физической химии, 1966, т. 34, № 12, с. 2630-2639.
54. Ситугин А.Г. Простой прибор для получения монодисперсных аэрозолей.// Физика аэродисперсных систем, 1971, вып. 4, с 33-37.
55. Тимохин А.Д. Получение потоков монодисперсных нейтральных и заряженных макрочастиц.// Труды МЭИ, вып. 545,1981, с 3-24.
56. Walton W.H., Prewett W.C. The Producion of Sprays and Mists of Uniform Dop Size by Means of Spinning Disc Type Sprayers.// Proc. Phys. Soc. Sec. B, 1949, v. 62, part 6, № 354B, p. 341-350.
57. May K. An Improved Spinning Top Homogeneous Spray Apparatus. // J. Appl. Phys., 1949, v. 20, № 3121, p. 672-673.
58. Виняр И. В., Лукин А. Я., Скобликов С. В., Умов А. Н., Резниченко Н. В., Шнековый экструдер для центробежного инжектора водородных и дейтериевых макрочастиц токамака JT-60U.// Приборы и техника эксперимента, 2006, №05, с. 142-149.
59. Виняр И. В., Лукин А. Я., Умов А. Н., Скобликов С. В., Резниченко Н. В., Красилъников И. А., Пневматический инжектор водородных макрочастиц для стелларатора LHD.// Приборы и техника эксперимента, 2006, №03, с. 104-112.
60. Leib S.J., Goldstein М.Е., The generation of capillary instabilities on a liquid jet.// J. Fluid Mech., 1986, vol. 168, p. 479-500.
61. Блаженков B.B. Исследование монодисперсного распада жидких струй.//Инж.-физ. журнал, 1988, Т. 55, № 3, с. 413-418.
62. Габрусенок П.С. Генератор монодисперсных капель.// В кн.: VII Всесоюзной межвузовской конференции по вопросам испарения горения и газодинамики дисперсных систем, Одесса, 1967, с. 43.
63. Контуш С.М., Романов К.В. Неизвестный А.И. Исследование работы генератора струи монодисперсных капель.// В кн.: VIII межвузовской конференции по вопросам испарения горения и газодинамики дисперсных систем, Одесса, 1968, с. 35.
64. Контуш С.М. Романов К.В. Образование струи монодисперсных капель при продувании газа через слой жидкости. Физика аэродисперсных систем, 1971, вып. 4, с. 38-43.
65. Нагорный B.C. Управляемая капля.// Соросовский образовательный журнал, том 8, № 1,2004 г. с. 67-73.
66. Azzopardi B.J. Measurement of Drop Sizes.// Int. J. Heat and Mass Transfer, 1979, v. 22, №9, p. 1245-1279.
67. Sample S.B., Raghuparty В., Electrical Generation of Collimated Beams of Uniform Charged Particles. // Proc. Mat. Electron. Conference, 1969, v. 25, p. 260-263.
68. Daniel E. Austin Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy, California Institute of Technology, Pasadena, California, 2003, Defended November 5.
69. Кожевников В.И., Фукс H.A. Электрогидродинамическое распыление жидкости. Успехи химии, т. XLV, вып. 12,1976 г. 2275-2284
70. Vonnegut В., Neubauer R.L. Production of Monodisperse Liquid Particles by Electrical Atomization. // J. Colloid. Sci., 1952, v. 7, № 7, p. 616-622.
71. Безруков В.И., Костылев А. А. Экспериментальное исследование электростатической эмиссии монодисперсных капель.// Труды МЭИ №185 1988, с 43-53
72. Дудников В.Г. Шабалин A.JI. Электродинамические эмиттеры ионов. // ПМТФ, № 2,1990 с 3-10.
73. Гигорьев А.И., Ширяева С.О. Электрогидродинамические аспекты функционирования жидкометаллических источников ионов.// ЖТФ, том 62, вып. 12,1992, 9-20 с.
74. Kim К., Turnbull RJ. Generation of charged drops of insulating liquids by electrostatic spraying.// J. Appl. Phys. 1976. Vol. 47. № 5. P. 1964-1969.
75. Clampit R., Jefferies D.K. // Nucl. Instr. And Meth. 1978. Vol. 149. N 1/3. P.739-743.
76. Льюис Лима-Марк Способ и устройство для получения дискретных агломератов дисперсного вещества.// Патент на изобретение RU 2110321, 10.05.1998.
77. Григорьев А.И., Капиллярные электростатические неустойчивости.// Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, №6, с. 37-43.
78. Загнитько А. В., Першин А. Н., Генератор субмикронного аэрозоля йодистого калия для ингаляционного йодирования населения.// Приборы и техника эксперимента, 2006, №04, с 164-171.
79. Безруков В.И., Основы электрокаплеструйных технологий. СПб.: Судостроение, 2001, 240 с.
80. Акишин А.И., Новиков JI.C., Космическое материаловедение.// Энциклопедия московского университета, 2006, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, с. 87-90.
81. Нагорный B.C. Электрокаплеструйные регистрирующие устройства. JI.: Машиностроение, 1988,270 с.
82. Харов А.Н., Григорьев А.И., О временной эволюции формы поверхности, деформированной в начальный момент заряженной капли вязкой жидкости.// ЖТФ, 2005, том 75, вып. 1, с 22-28.
83. Ширяева С.О. Нелинейные осцилляции заряженной капли, ускоренно движущейся в электростатическом поле.// ЖТФ, 2005, №6, т. 76, с 44-56.
84. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей.- М.: Наука, 1979,340 с.
85. Стишков Ю.К., Остапенко A.A. Электро-гидродинамические течения в жидких диэлектриках,- JL: Издательство Ленинградского университета, 1989,240 с.
86. Апфельбаум М.С., Поляский В.А. Об образовании объемного заряда в слабопроводящих жидкостях. //Магитная гидродинамика, 1982, № 1, с 7176.
87. Ятовский Е.И., Авфельбаум М.С. О силе действующей от игольчатого электрода на слабопроводящий жидкий диэлектрик, и вызываемых ею течениях. //Магнитная гидродинамика, 1977, №4,с 73-80.
88. Апфельбаум М.С., Баранова Т.Н., Северов A.M., Скуратовский Н.О., Литовский Е.И. Электроковекция в диэлектрических жидкостях.// Труды VIII рижской конференции, 1980, с. 275-278.
89. Френкель Я.И. К теории электрического пробоя в диэлектриках и электронных полупроводниках. //ЖЭТФ, 1938, т.8, № 12, с 1292-1301.
90. Шепелев С.М., Семкин Н.Д., Заряд мениска диэлектрической жидкости на высоковольтном игольчатом электроде.// Вестник СГАУ- 2006, №1, 200-208с.
91. Том А., Эйполт К., Числовые расчеты полей в технике и физике. M-JI: 1964, Энергия, 320 с.
92. Поляков В.В. Анализ и расчет электростатических систем. М: 1976,372с.
93. Любимов Ю.А. Диэлектрическое насыщение в жидкостях и полимерах. // Физика и физико-химия жидкостей, вып 2, М.: Из-во МГУ, 1973, с. 75-82.
94. А.Е. Новгородцев, А.Р. Фатхиев, И.С.Фатхиева, Применение функции комплексного переменного к расчету электростатических полей электродов сложной конфигурации. Учебное пособие, Уфа, 1986,82 с.
95. Шепелев С.М. Семкин Н.Д. Расчет электрического поля и заряда мениска диэлектрической жидкости на высоковольтном игольчатом электроде.//
96. Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2007, Том 10, №1,с 115-119.
97. Базилевский A.B., Ентов В.М., Рожков А.Н., Живая нитка. // СОЖ, 2001, №8, с 115-121.
98. Саранин В. А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. Москва: Институт компьютерных исследований, 2002,144с.
99. Шепелев С.М. Генератор высокоскоростных жидких частиц.// Тезисы докладов и сообщений II Международной научно-технической конференции Физика и технические приложения волновых процессов. Под ред. В.А. Неганова и Г.П. Ярового. Самара. 2003., с 317-318
100. Аметистов Е.В., Мотин А.И. Экспериментальное исследование процессов вынужденного распада вязких жидкостей. // Труды МЭИ, 1986, № 119, с.13-17.
101. Варгафтиг Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1963,582с.
102. Семкин Н.Д., Богоявленский H.JL, Шепелев С.М. Источник заряженных жидких частиц. //Патент на полезную модель RU63160,10 мая 2007 г.
103. Теория и расчет линейных ускорителей./ Сборник статей. М.: Госатомиздат, 1962.
104. Семкин Н.Д., Шепелев С.М., Исследование потоков микрочастиц при электростатическом диспергировании жидкости.// Вестник СГАУ, 2006, №3(11), с. 40-48.
105. Григорьев А.И.,Ширяева С.О. Закономерности Рэлеевского распада заряженной капли // ЖТФ, 1991, т. 61, вып. 3. с. 19-27.
106. Ширяева С.О., Волкова М.В., Григорьев А.И., Нелинейные осцилляции заряженной электропроводной капли в однороном внешнем электрическом поле.// ЖТФ, 2005, т.76, №3, с 45-52.
