Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями

Ершов, Алексей Петрович

Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Ершов, Алексей Петрович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.08 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями»

Автореферат диссертации на тему "Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями"

На правах рукописи

Ершов Алексей Петрович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ СО СВЕРХЗВУКОВЫМИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМИ ВОЗМУЩЕНИЯМИ

Специальность 01.04.08 — физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Александров А.Ф. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Коссый И.А.

доктор физико-математических наук, профессор Осипов А.И.

доктор физико-математических наук, профессор Синкевич O.A.

Ведущая организация: Институт проблем механики Российской

Защита состоится 19 октября 2006 г. в 16 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, ауд.5-19.

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

Академии Наук.

диссертационного совета Д 501.

Ученый секретарь

Автореферат разослан 1 i

В.М.Шибков

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В последние годы быстро развивается сравнительно новая область физики плазмы — плазменная аэродинамика, изучающая взаимодействие организованных тем или иным способом плазменных образований с высокоскоростными потоками воздуха и различных газовых смесей. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа рассматриваются в плазменной аэродинамике как эффективный способ подвода энергии к потоку и представляют интерес с двух практических точек зрения. Во-первых, для перестройки ударно-волновых структур перед телом, т.е. «управления обтеканием», во-вторых, как потенциально эффективный способ воспламенения топливно-воздушной смеси при сверх- и гиперзвуковых скоростях движения.

Явления, возникающие при взаимодействии электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями, весьма сложны и многообразны. За последние 25 лет появился целый ряд работ по взаимодействию плазмы с газодинамическими возмущениями, результаты которых трактовались как необычные. Говорилось об исчезновении или аномально высокой скорости ударных волн, распространяющихся в плазме тлеющего разряда и лазерной искры, формировании плазменных образований с аномально высоким временем жизни, возникающих при истечении в атмосферу сверхзвуковой импульсной плазменной струи, проявлении сверхтекучести плазмы, создаваемой капиллярным плазмотроном и т.п. Это свидетельствует о потенциально высокой эффективности воздействия плазменных образований на газодинамические характеристики. Однако, в интерпретации экспериментов существуют значительные противоречия. Анализ возникающих явлений должен опираться на фундаментальные исследования, т.е. эксперименты, выполненные в широком диапазоне физических параметров, и сопоставлении их с расчетами в рамках физических моделей, отражающих основные черты явления. Понимание роли заряженных частиц в движении нейтральной компоненты слабоионизованного газа и, наоборот, влиянии потока на движение заряженных частиц, т.е. протекание электрического тока, создаст базу для применения плазменных технологий в аэродинамике. ■;

Целью диссертационной работы является экспериментальное и теоретическое исследование физических явлений, возникающих при взаимодействии электрических разрядов со сверхзвуковыми течениями и выявление роли заряженной компоненты в газодинамике слабоионизованной плазмы.

Достижение этой цели предполагает решение следующих основных задач.

Выявление механизмов, определяющих взаимодействие ударных волн (УВ) с протяженной плазмой слаботочных разрядов - тлеющего разряда в режиме нормальной плотности тока и ВЧ разряда в а-режиме — с токами менее 1 А.

Исследование макро- и микроскопических характеристик свободногорящих разрядов с самоустанавливающейся длиной дуги в сверх- и гиперзвуковых потоках воздуха с токами менее 100 А.

Исследование эволюции плазменных струй, создаваемых сильноточными импульсными разрядами с токами до 100 кА, при инжекции в затопленное пространство в диапазоне скоростей от гиперзвуковых до дозвуковых.

Анализ эффективности применения свободногорящих электрических разрядов для воспламенения сверхзвуковых потоков углеводородно-воздушной смеси.

Разработку методов диагностики неоднородной неравновесной нестационарной движущейся плазмы применительно к рассматриваемым плазменным объектам.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Выполнено комплексное систематическое исследование взаимодействия УВ постоянного давления с продольным тлеющим разрядом в воздухе и атомарных газах в широком диапазоне разрядных токов и давлений газа. На основе прямых измерений температуры газа и ее радиального распределения в разряде проведены двумерные расчеты распространения плоской УВ по идеальному газу. Сопоставление результатов экспериментов с расчетами показало, что ускорение УВ в разряде в исследованном диапазоне параметров целиком может быть объяснено в рамках задачи о взаимодействии УВ с тепловой неоднородностью - в диффузионном режиме разряда в рамках одномерного, в контрагированном — двумерного приближения.

2. Предложен метод диагностики заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме, использующий математическую обработку сигнала СВЧ-интерферометра на основе решения задачи редукции. Экспериментально установлено, что структура электронной компоненты УВ в плазме поперечного емкостного ВЧ разряда в атомарных и молекулярных газах характеризуется наличием теплопроводностного предвестника в виде волны разрежения, обусловленного выносом зоны охлаждения электронов за фронтом УВ.

принципиально нестационарный характер протекания электрического тока поперек сверхзвукового газового потока.

Выявлены два типа неустойчивости поперечного разряда в потоке: а/ неустойчивость, определяемая внешней электрической цепью и б/ неустойчивость, определяемая механизмом повторных пробоев — в случае питания разряда в режиме генератора тока. Вне зависимости от типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется близкий к колебательному режим горения, период которого определяется внешними параметрами — значениями давления, тока, межэлектродного расстояния, режимом питания разряда. При этом характерной особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры разрядного канала, имеющей стационарную и периодически повторяющуюся части.

4. Предложена и обоснована двумерная модель разряда в сверхзвуковом потоке газа как теплового источника, описывающая газодинамические аспекты взаимодействия разрядного канала со сверхзвуковым потоком.

5. Проведено комплексное исследование релаксации инжектируемых в затопленное пространство плазменных струй, создаваемых сильноточным импульсным разрядом в широком диапазоне скоростей истечения и давлений. Показана возможность описания импульсных плазменных струй, инжектируемых в атмосферу, в рамках теории турбулентных газовых струй и релаксации локально термодинамически равновесной плазмы. Экспериментально показано, что форма плазменного образования (компактный тор или тонкое кольцо) определяется безразмерным параметром, величина которого зависит от мощности и длительности энерговклада и давления (плотности) газа в затопленном пространстве.

Экспериментально показано, что продолжительность существования заметной концентрации электронов в автономном плазменном образовании контролируется его газодинамикой. Для увеличения длительности существования плазменного образования целесообразно инжектировать плазму в затопленное пространство с возможно меньшими скоростями для снижения турбулентного тепломассопереноса.

6. Предложен и апробирован ряд диагностических методик, позволяющих существенно расширить диапазон применимости электрических зондов в неравновесной плазме низких и промежуточных давлений. Разработаны экспресс-методы определения кинетических характеристик электронов в неравновесной плазме, не требующие измерения функции распределения электронов. Предложена и апробирована методика применения зондов для диагностики электрических разрядов в сверхзвуковых потоках воздуха.

Достоверность полученных результатов. Экспериментальные результаты получены на различных экспериментальных установках с привлечением ряда независимых диагностических методик, разработанных или адаптированных к условиям экспериментов. Полученные результаты сопоставлены с результатами других групп исследователей в России и за рубежом. Выполнено двумерное численное моделирование проведенных экспериментов и его сопоставление с экспериментом. Это позволяет считать полученные результаты полностью обоснованными и достоверными.

Практическая значимость работы. Полученные результаты:

могут служить для выявления физических особенностей электрических разрядов в сверх- и гиперзвуковых потоках газа и построения полной физической модели таких разрядов;

являются научной базой при выработке рекомендаций по конструированию и определению наиболее оптимальных режимов газоразрядных устройств, служащих для нагрева и воспламенения сверхзвуковых потоков, снижению их массо-габаритных и стоимостных показателей;

дают возможность обоснованной оценки влияния плазменных областей на аэродинамические характеристики сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов и распространение ударных волн;

разработанные методы обработки зондовых характеристик могут быть использованы для диагностики неподвижной и движущейся плазмы широкого класса неравновесных нестационарных плазменных объектов.

Результаты исследований могут быть использованы в следующих организациях: ИОФ РАН, ИВТ РАН, ИПМ РАН, МРТИ РАН, ЦАГИ, ЦНИИМаш, ЦИАМ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Холдинговой компании "Ленинец" и ряде других.

Москва, МГУ (II- 1984, III — 1986, IV — 1988), школе-семинаре «Фундаментальные проблемы физики ударных волн» (Азау, 1987), III Всесоюзном совещании по физике и газодинамике ударных волн (Владивосток, 1989), Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах (ICPIG) (XIII - Berlin, 1977; XVIII -Swansea, 1987; XIX - Belgrad, 1989, XX - Pisa, 1991, XXIII -Toulouse, 1997), Европейских конференциях по атомной и молекулярной физике ионизованных газов (ESCAMPIG) (VI - Oxford, 1982, Bari, 1984, StPetersburg., 1992), VI Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям и ионным инжекторам, (Днепропетровск, 1986), VI Всесоюзной конференции «Динамика излучающего газа» (Москва, 1987), Всесоюзном семинаре «Процессы ионизации с участием возбужденных атомов» (Ленинград,1988), конференциях по физике плазмы и УТС, Звенигород (XXVI -1999, XXVII - 2000, XXVIII - 2001, XXIX - 2002, XXX - 2003, XXXI - 2004, XXXII - 2005), Всесоюзной конференции по физике газового разряда (IV- Махачкала, 1988; VI -.Казань, 1992), Всесоюзном семинаре «Взаимодействие акустических волн с плазмой» (Мегри, Ереван, 1989), Совещаниям по слабоионизованным газам (Weakly Ionized Gases Workshop), США (I - Colorado, 1997; II- Colorado, 1998; 3 - Norfolk, 1999; 4 - Anaheim 2001; 5 - Reno, 2003; 6 - Reno, 2004; 7- Reno, 2005; 8 - Reno, 2006), Международных Совещаниях по магнитоплазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях, Москва, ИВТАН (11999, 2 - 2000, 3 - 2001, 4 - 2002, 5 - 2003), Международных Симпозиумах «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» Санкт-Петербург (2 - 2002, 3 -2003), Международных симпозиумах по теоретической и прикладной плазмохимии (Рига -1991, Плес - 2002), Всероссийских конференциях по физической электронике, Махачкала (I - 1999, III - 2003), научной школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики», Украина, Алушта (2-2004, 3-2005); Ломоносовских чтениях по физике на физическом факультете МГУ (2001, 2005), научных семинарах ИОФАН, Института механики МГУ под руководством Г. Г. Черного, ИНХС РАН, семинаре МДНТП «Физические методы исследования прозрачных неоднородностей», научных семинарах по физике плазмы кафедры физической электроники МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 статей в реферируемых журналах, 23 доклада в трудах международных конференций и около ста тезисов докладов на конференциях и препринтов. Список основных публикаций приведен в конце автореферата в соответствии с главами.

Личный вклад автора. Вклад соискателя в работы, написанные в соавторстве и вошедшие в диссертацию, является определяющим. Им по всем разделам работы определена постановка задач, обоснованы и разработаны методики исследований. При его непосредственном участии создавались экспериментальные установки, проведены

экспериментальные исследования и обработка полученных результатов. Автором выполнена постановка задач для численных расчетов и проведено сопоставление их результатов с экспериментом. На основании полученных данных им сформулированы и обоснованы выводы диссертации.

Объем и структура работы. Основное содержание диссертации изложено на 342 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, 7 глав и заключения, в котором сформулированы основные выводы. Список цитируемой литературы содержит 310 наименований. Диссертация содержит 186 рисунков.

II. 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, приведены сведения об апробации работы и публикациях.

Первая глава диссертации посвящена анализу результатов экспериментальных и теоретических работ по исследованию различных аспектов взаимодействия сверхзвуковых течений с электрическими разрядами. К ним относятся: влияние газоразрядной плазмы на распространение ударных волн, нагрев сверхзвукового потока с помощью разрядов постоянного тока, влияние локального энерговыделения в набегающем сверхзвуковом потоке на изменение структуры течения и аэродинамические характеристики движущихся тел при различных способах энергоподвода, инжекция плазменных струй, создаваемых мощными импульсными разрядами, в затопленное пространство. Рассмотрено также состояние диагностики неподвижной и движущейся плазмы низкого и высокого давления с помощью электрического зонда.

Несмотря на близость экспериментальных условий, существующие трактовки результатов исследований в ряде случаев противоречивы. Прежде всего это связано с тем, что исследуемый диапазон параметров является промежуточным как с газоразрядной точки зрения - по давлениям и разрядным токам, так и с точки зрения соотношения энергетических характеристик разряда и потока. Кроме того, принципиальной чертой процесса взаимодействия разряда и газодинамических возмущений являются неоднородность и нестационарность. В условиях существенной неравновесности плазмы это делает чрезвычайно сложной задачу определения физических механизмов явления. Именно с отсутствием полной и достоверной информации о параметрах газоразрядной плазмы и газодинамических возмущений связана различная трактовка экспериментов, проведенных в близких условиях. Однако получение такой информации требует не только применения

широкого спектра диагностических средств, но и - в силу промежуточного диапазона параметров, неравновесности, нестационарности и неоднородности плазмы — необходимости разработки новых или адаптации известных диагностических средств.

В конце главы сформулирована постановка задач исследований.

Во второй главе излагаются результаты систематических исследований распространения УВ с постоянным давлением в протяженной слабоионизованной плазме, создаваемой двумя типами слаботочных разрядов: тлеющим разрядом в режиме нормальной плотности тока и емкостным ВЧ разрядом в а-режиме. Это позволило рассмотреть две различные ситуации: распространения УВ вдоль направления электрического тока (разряд постоянного тока), и поперек него (ВЧ разряд).

Эксперименты проводились на однодиафрагменной ударной трубе круглого сечения 045 мм с разрядной секцией из кварцевой трубы длиной 1 м. Для создания тлеющего разряда использовался высоковольтный (¿10 кВ) источник питания с током до 0.4 А. Рабочими газами служили воздух и инертные газы. Исследования проведены в диапазоне чисел Маха УВ М = 1.1 - 3, давлений газар = 10~' - 102 Тор, разрядных токов /= 0.04 - 0.4 А. Удельная электрическая мощность, вкладываемая в разряд, не превышала единиц ватт на кубический сантиметр.

Для определения скорости фронта УВ в плазме вместе со стандартными методами регистрации — пьезоэлектрическим и рефракции лазерного луча - применялся предложенный автором базисный метод, основанный на использовании двух СВЧ-интерферомегров. Изучение динамики УВ показало, что во всем исследованном диапазоне наблюдается увеличение скорости УВ при ее вхождении в разряд и стабилизация при дальнейшем движении по разряду. После выхода из разряда скорость фронта УВ и ее амплитуда при небольших давлениях и разрядных токах возвращались к исходным значениям, и только при давлениях в десятки тор отличие их параметров выходило за пределы ошибки измерений.

При анализе взаимодействия разряда с УВ учитывалось влияние внешней электрической цепи. Для диагностики плазмы использовались спектроскопические методы, метод электрических зондов, метод СВЧ интерферометрии и термопарный метод. Их совместное применение позволило провести прямые и систематические измерения микроскопических параметров плазмы - концентрации и температуры электронов, газовой и колебательной температур - в стационарном состоянии, их распределений в аксиальном и радиальном направлении, а также изучить их эволюцию при падении УВ на разряд.

Пример измеренных зависимостей средних по сечению разряда значений вращательной температуры (отождествляемой с температурой газа) от давления газа и вложенной электрической мощности показан на рис.1 а, а ее радиальное распределение — на

рис.1 б. Вращательная температура измерялась по относительным интенсивностям линий вращательной структуры полосы (0, 2) второй положительной системы азота.

\Л/, Вт

а) б)

Рис. 1. Средняя по сечению температура газа (а) и радиальное распределение температуры газа в разряде (б). 6)р = 20 Тор, 450 Вт. о - спектральные измерения, ■ -термопара; 1,2 — распределения (1) и (2) соответственно.

На основе прямых измерений средней температуры газа были проведены одномерные расчеты распространения УВ по разряду в рамках задачи о нормальном падении УВ на резкую границу двух сред с различными скоростями звука. При невысоких давлениях и малых мощностях — в диффузионном или слабоконтрагированном режиме горения -наблюдалось совпадение данных в пределах ошибок измерений. Однако, при переходе в контрагированный режим — с ростом давления и вложенной мощности — отличие выходило за ошибки измерений, причем экспериментальные значения скорости систематически превышали рассчитанные (рис.2).

Одной из причин ускорения УВ в этом режиме может быть механизм релаксации колебательных степеней свободы, стимулированный УВ. Прямые измерения температуры нижних колебательных уровней N2 в зависимости от времени при распространении УВ по разряду в этих условиях и анализ в рамках энергетики процесса показали, что этот механизм несущественен.

Другой возможной причиной может быть неоднородность температуры газа поперек направления распространения УВ. Для учета этого явления проводились измерения распределения температуры газа по сечению трубы. При вычислении локальных значений интенсивностей, учитывая, что процедура абелизации принадлежит к классу обратных некорректных задач, использовался метод регуляризации. По полученным локальным значениям интенсивностей рассчитывался радиальный ход температуры.

Экспериментальная зависимость Те (г) аппроксимировалась двумя распределениями

вида (г) = ^(0)(1 + Л, сое—) (1) и Г (г) = Г (0X1 + /^ соз!—) (2), отражающими случаи 2Л 2Л

диффузионного и контрагированного режимов разряда, но имеющих одинаковую среднюю

Для этого случая в ЛФТИ им. Иоффе были выполнены двумерные численные расчеты распространения УВ по тепловой неоднородности. Учет двумерности течения, вызванного неоднородностью температуры по сечению, привел к увеличению скорости УВ по сравнению с одномерной теорией, основанной на использовании средней температуры для обоих случаев распределения. Это связано с тем, что первоначально плоская граница раздела горячего и холодного газа с координатой г0 существенно искривляется и в приосевой области формируется струя холодного газа, оттесняющая горячий газ к стенкам канала (рис.3). Однако в «диффузионном» случае (1) расстояние между УВ и контактным разрывом непрерывно увеличивается, тогда как в «контрагированном» случае (2) — с более горячей приосевой областью — струя холодного газа не отстает от УВ, как бы толкая ее перед собой. Другими словами, взаимодействие с протяженным тонким горячим слоем газа ускоряет головную УВ сильнее, чем взаимодействие с протяженным широким слоем, имеющим более низкую температуру. Это принципиальным образом отличает

500

0 50 100 150 200 250

Р. Тор

Рис. 2. Скорость фронта УВ в продольном РПТ в воздухе в зависимости от давления газа и вложенной электрической мощности о,* — эксперимент, сплошная линия— расчет по одномерной теории; пунктир — скорость падающей УВ.

Рис.3. Распространение УВ по тепловой неоднородности. Изолинии поля давления ( вертикальное сечение ) и температуры ( горизонтальное сечение ) при г = г0+ 13Л. 1,2- расчеты для распределений (1) и (2).

рассмотренный случай от случая поперечного контрагированного разряда - с короткой протяженностью разрядной зоны вдоль распространения УВ.

Исследование распространения УВ в разряде в Не, где изменение скорости УВ особенно чувствительно к величине температуры газа из-за близости числа Маха к 1, показало, что и здесь тепловой механизм является определяющим.

Взаимодействие УВ с газоразрядной плазмой не сводится только к изменению ее амплитуды и скорости, но и формирует УВ заряженных компонент. Для нахождения структуры электронной компоненты УВ в слабоионизованной плазме был предложен и апробирован метод, использующий математическую обработку сигнала СВЧ-интерферометра на основе решения задачи редукции. Метод редукции позволяет получить оценку для профиля электронной компоненты УВ, которую можно интерпретировать как сигнал на выходе прибора, обладающего более высоким пространственным разрешением по сравнению с имеющимся. Исследование структуры электронной компоненты УВ в плазме поперечного ВЧ (40 МГц) разряда в воздухе и Аг показало, что на фоне роста концентрации электронов, обусловленного вхождением УВ, наблюдается предвестник УВ в виде волны разрежения (рис.4 а,б). Его характерный размер достигал »1 см для р ~10-1 Тор при степени разрежения »30%. В продольном тлеющем разряде «гашение» разряда потоком газа за фронтом УВ приводит к падению тока, температуры и концентрации электронов и

а) одно измерение из совокупности

б) оценка редукции: ] -по совокупности измерений,

2 - для симметричной аппаратной функции.

3 — профиль пе, полученный спектральным методом)

в) профиль Те, полученный спектральным методом

Рис.4. Эволюция параметров электронной компоненты в окрестности фронта УВ в плазме емкостного ВЧ разряда в воздухе, р = Ю-1 Тор, z = 8 см. Штрих-пунктирные линии -невозмущенные значения пс и Тс, вертикальная стрелка — положение фронта нейтральной компоненты УВ.

маскировке на этом фоне волны разрежения.

Для выяснения физической природы предвестника был использован метод одновременного определения пг и Ге по абсолютным интенсивностям полосы (0, 0) первой отрицательной системы молекулярного иона азота и полосы (2,5) второй положительной системы азота. Его применение показало, что области падения ие перед фронтом УВ соответствует зона охлаждения электронов (рис.4 б, в). Возникновение последней обусловлено падением Ге за фронтом и выносом охлаждения через фронт УВ за счет высокой электронной теплопроводности.

Такой предвестник УВ в виде волны разрежения был предсказан А.А.Рухадзе и С.Ф.Теселкиным при моделировании структуры заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме одноатомных газов. Однако прямое применение выражения для масштаба теплопроводностного предвестника в плазме одноатомных газов дает протяженность, на порядок превышающую экспериментальную в плазме воздуха, тогда как измерения в плазме Аг дают близкую к теории величину, подтверждая корректность модели. Анализ экспериментальных данных позволил обобщить размер выноса на случай молекулярных газов, согласующийся с экспериментом: Аг ~ . На основе модели

были выполнены численные расчеты профиля температуры электронов для УВ N и Э типа и проведено сравнение с экспериментальными данными для плазмы аргона и воздуха.

В третьей главе диссертации описаны результаты экспериментальных исследований свободногорящего поперечного электрического разряда с самоустанавливающейся длиной дуги в сверхзвуковой струе воздуха в импульсном, импульсно-периодическом и непрерывном режимах горения.

Эксперименты проводились на баллонно-вакуумной установке кратковременного действия с осесимметричным профилированным соплом Лаваля с критическим сечением 15.4 мм, рассчитанным на число Маха М = 2. Камера низкого давления представляла собой цилиндр длиной 3 м и диаметром 1 м, состоящий из двух герметично соединяющихся частей, размещенных на рельсах. Для создания импульсного и импульсно-периодического разряда использовался модулятор с регулируемым выходным напряжением до 27 кВ и током во внешней цепи до 50 А, собранный по схеме с частичным разрядом накопительной емкости.

Исследован следующий диапазон внешних параметров: давление воздуха в ресивере компрессора Рй= 1—7 атм; давление в камере р = 40 - 400 Тор; разрядный ток /=0.1 А -40 А; длительность импульса г= 3 — 1000 мкс; частота повторения импульсов/= 1 - 1000 Гц. Межэлектродное расстояние £>о менялось от 6 до 18 мм. Вкладываемая удельная электрическая мощность достигала единиц кВт/см3,

Для диагностики разрядов использовались: теневая установка, сверхскоростной фоторегистратор, автоматизированные схемы спектроскопических и зондовых измерений.

Ранее В.И.Алферовым были установлены характерные особенности поперечных разрядов постоянного тока (РПТ) в сверхзвуковом потоке воздуха: наличие колебаний тока и напряжения и «разорванность» разрядного канала. Подобный внешний вид разряда наблюдается в сверхзвуковой струе (рис.5) - при фоторегистрации с экспозицией в сотые и тысячные доли секунды он представляет собой два узких протяженных канала вдоль потока с зоной перемыкания между ними существенно меньшей яркости.

I "О

— >,

Рис.5. Внешний вид РПТ в сверхзвуковой струе воздуха. />о=1 атм,р и 70 Тор, £>о = 10 мм, </> = 2 А, экспозиция - 1/250 сек.

4 I,

/. о-ш.ед

Рис. б. Схема возникновения неустойчивости поперечного к потоку газа разряда. Сплошные линии - нагрузочные прямые для двух режимов внешней цепи, штриховые -ВАХ разряда в различные моменты времени.

Для интерпретации этих особенностей было предложено использовать импульсный режим с большой длительностью импульса. Такой режим - с возможностью достижения существенно бблыпих, чем в РПТ, разрядных токов — позволил применить для исследования динамики разряда метод сверхскоростной фоторегистрации и, тем самым, детально проследить его развитие. Сверхскоростная (с длительностью кадра 16 мкс) фоторегистрация показала, что разряд представляет собой токовую петлю, выносимую потоком, причем рост протяженности разряда вдоль потока прерывается резким его сокращением в несколько раз, после чего разрядный канал снова начинает вытягиваться потоком. При этом свечение разрядных каналов вдоль потока интегрируется во времени, а свечение канала поперек потока, напротив, «размазывается» по пространству. Поэтому при типичных частотах колебаний в десятки килогерц усреднение за время экспозиции приводит к существенно меньшей яркости зоны перемыкания между каналами.

В экспериментах со струями различной нерасчетности, закручиванием потока, размещением разделительной пластины между разрядными каналами было показано, что изменением конфигурации течения газа можно добиться изменения конфигурации разрядного канала. Этот результат доказал корректность анализа разряда в потоке с точки зрения механизма его распространения в пространстве: скорость распространения разряда определяется суперпозицией скоростей фронта ионизации и потока. В рассматриваемом случае последняя существенно больше и именно поток задает конфигурацию протекания электрического тока между электродами.

Анализ процесса ограничения выноса разряда потоком повторными пробоями позволил выделить два механизма неустойчивости. Классический подход к анализу устойчивости разряда с падающей ВАХ, но учитывающий изменение ВАХ во времени за счет роста протяженности разряда вдоль потока (рис.6) показал, что первый механизм обусловлен неустойчивостью, вызванной внешней электрической цепью; при этом повторный пробой является следствием, а не причиной колебательного характера горения разряда. В режиме генератора тока, когда характеристики внешней цепи не влияют на разряд, собственно повторный пробой ограничивает вынос разряда потоком, т.е. представляет собой механизм неустойчивости разряда. Таким образом, вне зависимости от режима питания и типа разряда (тлеющий, дуговой) в сверхзвуковом потоке реализуется колебательный режим горения. По сути, это пример разряда, неустойчивость которого нельзя стабилизировать внешней цепью и который отражает принципиально нестационарный характер протекания электрического тока поперек газового потока.

Применение режима, близкого к режиму генератора тока, позволило провести корректные измерения характеристик колебательного режима горения разряда.

I, МКС

Рис.7. Временная эволюция протяженности разряда вдоль оси недорасширенной сверхзвуковой струи.

Ро = 4 атм, р = 100 Тор, Д> = 12 мм, г = 800 мкс, 1 ы 25 А. Горизонтальная стрелка -положение диска Маха.

Г, А

Рис.8. Зависимость периода колебаний от разрядного тока. Д> = 11 мм.

1 - Ро = 1 атм, р = 40 Тор; 2 - Р0 =

2 атм, р = 100 Тор; 3 - Ро =4 атм, р = 200 Тор.

В силу газодинамических возмущений от электродов пробои происходят, как правило, ниже по потоку, между анодной и катодной частями разрядного канала. Поэтому особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры, состоящей из двух частей: стационарной и периодически повторяющейся протяженностью и* , где и - скорость потока, Г - время между последовательными повторными пробоями (рис.7). Период колебаний определяется внешними параметрами разряда - увеличивается с ростом разрядного тока (рис.8) и межэлектродного расстояния, и падает с ростом давления. Получено выражение, описывающее максимальную протяженность разряда вдоль потока в случае неустойчивости, определяемой внешней электрической цепью. Дальнейшее увеличение протяженности возможно только при использовании источников питания, близких к генератору тока; тогда протяженность ограничивается механизмом повторных пробоев.

Измерения микроскопических характеристик плазмы в разрядных каналах за электродами также проводились в режиме, близком к режиму генератора тока. Зондовые измерения в разрядных каналах за катодом и анодом показали, что величина продольного электрического поля Е не слишком чувствительна к направлению потока относительно направления поля, не сильно меняется вдоль разрядного канала и слабо растет во времени. Это позволило, несмотря на нестационарный характер и сложную пространственную структуру разряда, оперировать средней (во времени и по длине) величиной Е. Систематические измерения Е в зависимости от разрядного тока при различных давлениях показали, что его величина достигает сотен вольт на сантиметр при токах »0.1 А и падает на порядок с повышением тока разряда до «10 А (рис.9 а).

а) б)

Рис.9. Зависимости среднего электрического поля а) и средней температуры плазмы б) от разрядного тока. Д> = 12 мм. а) при степени нерасчетности струи п = 1\ 1 — Ра = I атм, 2 - Ра = 2, З-Ро =4. б)г = 1 см; 1 -р = 40 Тор,Ра = 1 атм, измерения поN2; 2-р- 200 Тор, Ра= 4 атм, измерения по СЫ.

Это изменение может быть описано степенной зависимостью Е ~ * с показателем степени 1/3 5 к < 1/2, что близко к показателю степени для сильноконтрагированного тлеющего или дугового разряда в отсутствие потока. Измерение диаметра разрядного канала в двух взаимно перпендикулярных направлениях показало, что подобно разряду в свободном пространстве, увеличение тока сопровождается прежде всего ростом сечения канала. По относительным интенсивностям линий вращательной структуры полосы (0,2) второй положительной системы азота (переход С3п„ - В3лЕ) с длиной волны канта Я = 380.5 нм были измерены величины средних значений вращательной температуры (отождествляемой с температурой газа), а по относительным интенсивностям полос СЫ (0, 0) и (1,1) с длинами волн кантов X = 388.3 и 387.1 нм - величины колебательной температуры. Значения температуры газа (рис.9 б) увеличиваются с ростом тока по степенному закону Тг ~ 1т , достигая при Р0 = 1 атм величины »3000 К для токов в десятки ампер. С ростом полного давления, т.е. с увеличением плотности вытекающего из сопла воздуха, температура газа в отличие от разрядов в неподвижном воздухе имеет тенденцию к уменьшению. Аксиальное распределение температуры газа обладает двумя характерными особенностями: высокими значениями уже на малых (»1 см) расстояниях от электродов и медленным спадом вдоль потока (см. ниже рис.12).

Измеренные зависимости Е(1) и Тг (I) позволили построить зависимость значений среднего по сечению приведенного электрического поля Е/Ы от величины разрядного тока в предположении равенства давлений в разрядном канале и невозмущенном потоке (рис.10 а).

а 2<н

1.А

а)

0.1

б)

Рис.10. Зависимости приведенного электрического поля (а) и концентрации заряженных частиц (б) от разрядного тока, р — 40 Тор, Ро = 1 атм. а) 1 - разряд постоянного тока, 2 -импульсный разряд; б) зондовые измерения: 1 - зонд 00.5 мм, 2 - 0.3, 3 - 0.2; 4 - измерения по штарковскому уширению.

В диапазоне токов 1-10 А, характерных для слаботочных дуг, значения Е/И слабо меняются и имеют для Ро = 1 атм величину »20 Тд, а при малых токах, характерных для тлеющего режима, достигают значений Ш» 40 Тд.

Колебательная температура при прочих равных условиях выше температуры газа. Температура распределения по возбужденным состояниям атомов меди, близкая в условиях эксперимента к температуре электронов, при токах «10 А имеет величину к(9-Ю)х103 К, согласуясь с оценкой Т, по найденным значениям Е/И\ Т, и 8x103 К. Таким образом, абсолютные значения температуры газа остаются заметно ниже значений как колебательной, так и электронной температуры даже для токов в десятки ампер, плазма в разрядном канале остается неизотермической, а значит, ее проводимость определяется не температурой, а степенью ионизации газа.

Концентрация положительных ионов измерялась зондовым методом, концентрация электронов - по штарковскому уширению линии Не (Я = 486.1 нм). Результаты спектроскопических измерений согласуются с зондовыми (рис.10 б), свидетельствуя о малой доле отрицательных ионов. Концентрации заряженных частиц в анодной и катодной струях и по длине канала отличаются не более чем в два раза, позволяя, подобно электрическому полю и температуре газа, оперировать значением средней концентрации. Значения концентрации изменяются не пропорционально разрядному току из-за роста сечения разрядного канала, а приблизительно как корень квадратный из тока. Абсолютные значения концентрации для Ра = 1 атм в исследованном интервале токов лежат в диапазоне 10131014 см'3.

В целом протяженные плазменные каналы за приэлектродными областями представляют собой среду с малым изменением характерных параметров плазмы Е/И, Пе/Ы,

т,.

В четвертой главе диссертации рассмотрены результаты- экспериментальных исследований поперечного и продольного разрядов постоянного тока в гиперзвуковом потоке, создаваемом в аэродинамической трубе, и проведено их сравнение с результатами экспериментов в сверхзвуковых струях. На основе совокупности данных построены кинетическая и двумерная газодинамическая модели разряда. Кроме того, рассмотрено применение поперечного и продольного разрядов для воспламенения сверхзвукового потока углеводородно-воздушной смеси.

потоке и переход разряда из тлеющего в дуговой режим. Структура свечения поперечного разряда при токах менее 0.5 А отражает все особенности, характерные для тлеющего разряда в режиме нормальной плотности тока: наблюдаются области отрицательного свечения и темного фарадеева пространства, изменение площади катодного пятна с изменением силы тока, близость плотности тока на катоде к нормальной. Дальнейший рост тока приводит к сокращению, а затем исчезновению фарадеева пространства, стягиванию поперечного размера катодной области до размеров, близких к диаметру разрядного канала и переходу разряда в дуговой режим.

Об этом свидетельствуют и измеренные зависимости продольного электрического поля от разрядного тока (рис.11 а). При этом зависимость Е(1) для потока с М = 6 при близких значениях статического давления качественно и количественно близка к аналогичной зависимости в сверхзвуковой струе с М = 2. Величина поперечного размера разрядного канала слабо зависит от числа Маха и режима питания разряда и в основном определяется величиной статического давления и разрядного тока (рис.11 б). Она растет с ростом тока, не отличаясь в этом смысле от зависимости й(1) для дуг в неподвижном газе.

Исследованы также характеристики продольного разряда в гиперзвуковом потоке. Найденные значения среднего по длине электрического поля и диаметр канала близки к значениям в поперечном разряде.

а) б)

Рис.11. Сравнение значений электрического поля (а) и диаметра разрядного канала (б) в гиперзвуковом потоке и сверхзвуковой струе. 1 — М = 6,р= 28 Тор; 2 - М » 2, р = 40 Тор; 3 -М м 2,р = 40 Тор; 4 - М » 2,р = 200 Тор.

На основании экспериментальных данных, полученных для разряда в сверхзвуковой струе и гиперзвуковом потоке, были построены две модели.

В кинетической модели рассматривался продольный разряд в квазиодномерном приближении. Газодинамическая и электрическая части задачи были значительно упрощены: продольная скорость газа и статическое давление в плазме разряда полагались равными

скорости и давлению набегающего потока, рассматривалась квазинейтральная плазма с П-образным радиальным распределением плотности тока по каналу разряда. Функция распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) находилась из кинетического уравнения. Основные уравнения модели включали уравнения баланса температуры газа (с учетом многочисленных каналов нагрева), средней энергии электронов, концентраций колебательных квантов, электронно-возбужденных молекул, атомов, положительных и отрицательных ионов, а также дрейф ионов относительно потока.

Численные расчеты, проведенные для гиперзвукового и сверхзвукового потока при параметрах, близких к условиям экспериментов, показали, что в канале разряда возникают две области. Первая, передняя область, относительно короткая (протяженностью в единицы миллиметров), и характеризуется большими градиентами всех величин. Именно в этой зоне осуществляется основной энерговклад. Это связано с тем, что в область переднего электрода поступает холодный воздух, плотность которого падает в результате нагрева. Поскольку проводимость сг слабоионизованной плазмы обратно пропорциональна плотности газа, мощность джоулева нагрева _/2/сг оказывается максимальной в головной части.

Вторая зона занимает весь остальной объем канала, скорости изменения параметров плазмы в ней значительно меньше. Таким образом, предложенная модель отражает основные особенности разряда, наблюдаемые в эксперименте - быстрый нагрев газа и наличие протяженной области плазмы с малым изменением параметров.

В рамках модели проведены расчеты для «теплого» потока, более приближенные к натурным условиям. Они показали, что основная особенность разряда в аэродинамических трубах связана с криогенной температурой набегающего потока: при изобарическом нагреве газа до определенной температуры в первоначально холодном потоке происходит гораздо большее разрежение, чем в теплом. В результате в теплом потоке относительно ниже значения Е/Я, уровень электронной температуры и все процессы идут не так интенсивно, как в криогенном потоке.

Двухмерная газодинамическая модель разряда в сверхзвуковом потоке построена при существенном упрощении кинетической и электрической частей задачи. Модель опирается на характерные особенности разряда в сверхзвуковом потоке, имеющие место в эксперименте: быстрый нагрев воздуха в приэлектродных областях и невысокие значения приведенного электрического поля в разрядных каналах за ними. Для определения структуры течения и значений газодинамических параметров, как правило, достаточно провести расчеты в рамках модели, описывающей лишь энергетику процессов. Малость характерного времени нагрева по сравнению с газодинамическими временами позволяет применить для описания взаимодействия разряда со сверхзвуковым потоком модель

«теплового источника», построенную на основе уравнений газовой динамики, дополненных соотношением, определяющим внешний подвод энергии. При этом удельный энерговклад в поток является заданной функцией координат и времени. Такой подход был использован В.А.Белоконем, О.В.Руденко и Р.В.Хохловым (1977) для описания аэродинамических явлений, происходящих при сверхзвуковом обтекании лазерного луча, а затем последовательно развивался В.А.Левиным и П.Ю.Георгиевским применительно к управлению сверхзвуковым обтеканием тел с помощью подвода энергии в набегающий поток.

При таком подходе к моделированию газодинамических возмущений, создаваемых разрядом, основным вопросом является распределение тепловыделения в разряде. Принципиальной чертой предложенной модели является то, что протяженность теплового источника существенно меньше протяженности разрядного канала. Сравнение источников различного удлинения показало, что, несмотря на перераспределение мощности джоулева нагрева в головную часть канала из-за падения плотности (аналогично результату кинетической модели), температура в модели протяженного источника растет вдоль потока прямо противоположно данным эксперимента. Поэтому физической причиной малой протяженности зоны энерговклада является тот факт, что при наблюдаемых значениях Е/Ы в разрядных каналах доля энергии, идущей в быстрый нагрев газа, незначительна. Предположение о сферической геометрии источника оказывается неприемлемым: возникающий пик давления приводит к значительному ускорению газовых частиц в следе, не наблюдаемому в эксперименте. Снизить пик позволяет модель разряда с короткой, но эллипсоидальной зоной теплоподвода.

1400 1200 1000 800 600 400 200

X, см

а) б)

Рис. 12. Сравнение экспериментальных и расчетных аксиальных распределений температуры газа а) и скорости потока б). Точки — эксперимент, линии - расчет: 1 - сферический источник 0 0.4 мм ((К = 0.6 кВт); протяженные источники: 2 - 0.4x10 мм (0.1 кВт), 3 - 0.2x10 мм СОЛ кВт").

Подробные двухмерные численные расчеты для условий эксперимента были проведены на основе уравнений Навье-Стокса. Расчеты в плоском случае показали, что при типичных значениях мощности энерговклада, идущей в нагрев газа 1УИ , влиянием эффекта струи и газодинамическим взаимодействием разрядных каналов на величину максимально достижимой температуры можно пренебречь. Осесимметричная газодинамическая модель разряда с размещением источника тепла эллипсоидальной формы в головной части разрядного канала позволила получить согласие рассчитанных аксиальных распределений температуры (рис.12 а) и скорости потока (рис.12 б) с экспериментом.

Из результатов расчетов следует, что заметное изменение параметров течения в разрядной зоне имеет место, если отношение подводимой тепловой мощности порядка и выше потока энтальпии набегающего газа через характерное сечение теплового источника. Поэтому чем выше плотность тока в разряде, тем до большей температуры можно нагреть поток. Для тлеющего разряда в режиме нормальной (т.е. минимальной) плотности тока нагрев газа мал, а заметный нагрев реализуется при переходе разряда в сильноконтрагированный (дуговой) режим. Разряд, питаемый стационарным источником, с точки зрения нагрева не является оптимальным, т. к. протяженные части разряда вдоль потока расходуют электрическую энергию, но мало способствуют нагреву. Одним из способов повышения эффективности является импульсно-периодический режим.

Наличие в разряде короткой головной зоны одновременно быстрого нагрева газа и интенсивного протекания реакций ставит вопрос о роли теплового механизма в случае воспламенения топливно-воздушных потоков. Для изучения его вклада экспериментально и теоретически была исследовано воспламенение предварительно перемешанного сверхзвукового потока пропан-воздушной смеси импульсным дуговым разрядом. Эксперименты проводились в сверхзвуковом (М « 2) аэродинамическом канале в диапазоне статических давлений от 200 до 400 Тор. Для воспламенения потока применялись продольный и поперечный импульсные разряды в диапазоне токов /= 2 - 40 А и длительностей импульсов г = 50 - 1000 мкс. Весовое соотношение пропана к воздуху не превышало 7%.

Для определения факта воспламенения потока использовались два независимых метода: регистрации на большом (существенно превышающем протяженность разряда) расстоянии от электродов излучения наиболее интенсивной системы полос радикала СН с максимумом при Х=431.5 нм, соответствующей переходу 2Д—»• 2П, во втором - регистрация заряженных частиц (электронов, ионов) с помощью электрического зонда. Для дополнительной проверки, в случае идентификации воспламенения этими методами, по

полосе СЫ (с X = 388.3 нм) была оценена температура потока, показавшая, что эта величина « 3000 К, что близко к температуре горения пропан-воздушной смеси.

Для импульсного поперечного разряда экспериментально была определена зависимость минимальной длительности импульса, необходимой для воспламенения потока, от разрядного тока. Эксперимент показал, что с уменьшением тока минимальная длительность импульса, обеспечивающая воспламенение, увеличивается, наблюдается порог по току. При этом границе воспламенения соответствует примерно постоянная величина вложенной в разряд энергии УУпора! & (I и т)„орог. Для прямой проверки этого заключения был использован импульсный продольный разряд: при неизменной величине разрядного тока I и длительности импульса т должна существовать длина разряда, (определяющая Ц а вместе с ним и 1У„оРог ). ниже которой воспламенение не произойдет. Эксперимент показал, что при уменьшении межэлектродного промежутка ниже определенной величины воспламенение действительно не имеет места, причем граничное значение энергии, вложенной в продольный разряд, близко к значению энергии, необходимой для воспламенения поперечным разрядом.

На основе газодинамической модели была построена термохимическая модель разряда в сверхзвуковом потоке стехиометрической пропан-воздушной смеси. Численные расчеты для варьируемой мощности, геометрии и времени энерговклада показали наличие порогов по мощности и длительности разряда, качественно и количественно согласующихся с экспериментом. Это означает, что тепловой механизм воспламенения должен приниматься во внимание.

В пятой главе диссертации исследовано влияние газодинамики на образование и релаксацию плазменных образований, возникающих при инжекции импульсных плазменных струй в затопленное пространство. Это влияние рассмотрено в широком диапазоне скоростей инжекции - от гиперзвуковых до дозвуковых, и давлений затопленного пространства - от единиц тор до атмосферного. Эксперименты проведены на двух установках: установке «Фотон» и на специально созданной установке меньшей мощности, позволяющей менять длительность импульса и давление затопленной среды в широких пределах.

Истекающие в атмосферу плотные импульсные плазменные струи хорошо известны как мощный источник излучения в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра. Вместе с тем процесс истечения сопровождается формированием устойчивых плазменных образований типа шара или тора со временем жизни, существенно превышающим время энерговклада [А.Ф.Александров, И.Б.Тимофеев, 1984, 1988]. Однако механизмы образования и существования таких структур не были установлены.

Анализ динамики плазменных струй в этих экспериментах был проведен в рамках теории турбулентных газовых струй. Известно [Г.Н.Абрамович и др., Теория турбулентных струй, 1984], что на начальной стадии истечения дозвуковых турбулентных струй образуются тонкие вихревые кольца, на поздней - компактные торы. Обобщение этого подхода на случай сверхзвуковых скоростей истечения позволило предложить количественный критерий, описывающий тип возникающей структуры:

где ¿¿о — диаметр сопла плазмотрона; М =тах(М,1), М - число Маха струи; го — осевая координата струи к концу основного энерговклада. При £ »1 следует ожидать структуры, близкой к шару, при £ « 1 — к тору.

Наблюдавшиеся ранее в экспериментах картины процесса истечения качественно и количественно согласуются с этим критерием. Учитывая, что величина гц зависит не только от удельной мощности энерговклада, но и времени энерговклада, средней скорости истечения плазмы, диаметра струи и т.д. [А.С.Камруков, Н.П. Козлов и др., 1985], было предположено, что управление формой плазменного образования (а, следовательно, и длительностью его существования) можно осуществлять вариацией этих параметров.

Для проверки возможности такого управления плазменными структурами была собрана экспериментальная установка, позволяющая провести исследования в широком диапазоне давлений рабочего газа и затопленного пространства, длительности и мощности энерговклада. Эксперименты проводились в вакуумной камере длиной 1.5 м и диаметром 0.6 м, позволяющей варьировать давление воздуха от атмосферного до единиц тор. Плазмотрон подключался к накопителю, представляющему собой искусственную линию (С= 100 мкФ, Ь = 2 мкГн) из четырех секций, изменение числа т которых позволяло менять длительность энерговклада. Величина удельного энерговклада не превышала 0.1 кДж/см3, т.е. была существенно ниже, чем в экспериментах с мощными импульсными струями, истекающими в атмосферу.

Газодинамическая структура плазменной струи исследовалась прибором Теплера ИАБ-451, а динамика светящихся областей - с помощью сверхскоростной фоторегистрации (СФР-2М, ВФУ-1),

возможности применения подходов стационарных струй к импульсным источникам в рассматриваемых условиях. На основании экспериментальных данных можно выделить две области давлений: <10 Тор - режим, близкий к истечению в вакуум, >100 Тор - случай, близкий к истечению в атмосферу. В области давлений 101< р < I О2 Тор реализуется переходной режим. Отличием истечения в атмосферу от вакуумного случая является стабилизация как продольных, так и поперечных размеров на поздних стадиях истечения. К концу первого периода энерговклада (Г« 400 мкс, рис. 13) контактная поверхность при всех давлениях представляет собой зону турбулентного перемешивания плазмы и газа с ярко выраженным вихреобразованием, подтверждая предположение о развитии неустойчивости Кельвина - Гельмгольца, положенной в основу модели.

120 мкс 420 800

200 Тор

400

760

гоо чао £,мкс

Рис.13. Эволюция газодинамической структуры струя при различных давлениях затопленного пространства, (от = 4, масштаб на снимке - 10 см).

Рис.14. Изменение осевых координат УВ и КП а), вложенной мощности и энерговклада от времени б). р = 400 Тор, т - 4.

После завершения энерговклада в голове струи начинает формироваться плазменная структура, близкая к шарообразной (/ « 800 мкс). На существенно более поздних временах такая структура выражена уже вполне отчетливо. Однако в случае одной секции (т.е. при существенно меньшей длительности энерговклада) для атмосферного давления затопленного пространства на поздних стадиях истечения формируется грибообразная конфигурация.

Результаты систематических измерений показали, что в широком диапазоне величин вложенной мощности (Р » 1 — 10г МВт), диаметров сопла й » 5 - 40 мм) и плотности газа в камере плазмотрона (рр « 1 - 15кг/м3) рассчитанные значения 2о удовлетворительно соответствуют экспериментальным, а наблюдаемая форма плазменного образования на

поздних стадиях истечения коррелирует с критерием

Релаксация кинетических параметров импульсной плазменной струи существенным образом зависит от соотношения между характерными кинетическими и газодинамическими временами. Поскольку последние определяются прежде всего скоростью истечения, в работе рассмотрены три случая - сверхзвуковой, гиперзвуковой и дозвуковой скоростей истечения.

Параметры плазменной струи исследовались в зависимости от стадии истечения (времени от начала энерговклада и расстояния от сопла) тремя методами: спектроскопическими, зондовым и методом отсечки СВЧ-волны длиной X = 8 мм.

Для создания импульсных плазменных струй, инжектируемых в атмосферу со сверх-и гиперзвуковой скоростью, использовался емкостной накопитель энергии установки «Фотон» емкостью 144 мкФ и напряжением до 25 кВ. Разрядная камера плазмотрона после откачки наполнялась Хе до давления 1 атм. В случае сверхзвукового истечения максимальное значение тока составляло «10 кА, величина вложенной в разряд энергии » 1 кДж, а начальная скорость потока »1 км/с. Для создания гиперзвуковой плазменной струи использовался кумулятивный плазмотрон конической геометрии. При этом максимальное значение тока составляло « 110 кА, величина вложенной в разряд энергии « ЮкДж, начальная скорость потока в этом случае могла достигать »30 км/с.

Результаты измерений температуры, концентрации и аксиальной скорости движения плазменных образований (рис.15—16 а, б) позволили описать картину релаксации кинетических параметров, понять различие во времени жизни шарообразных и тороидальных плазменной структур, а также влияние скорости инжекции на время жизни плазмоида. Оно целиком связано с турбулентным перемешиванием плазмы с окружающим

воздухом.

Основным процессом ионизации в воздухе в данном диапазоне температур является реакция N + О —> N0* + е. Обмен энергией между компонентами плазмы происходит на два-три порядка быстрее, чем характерное время изменения температуры, обеспечивая близость температур Гс, Ге, Г, в процессе остывания плазмоида. Подтверждением этому служит малое отличие

<; мкс

Рис.15. Эволюция температуры сверхзвуковой плазменной струи, истекающей в атмосферу, во времени. Точки — эксперимент, линии - расчет.

измеренных значений Т по относительным интенсивностям линий Си, близкое к Ге, и Ту (по СЫ) (рис.15). Таким образом, остывание тора происходит в условиях, близких к локально термодинамически равновесным, что позволяет оценить по измеренной зависимости пс(1) (рис.1ба) временной ход температуры в плазмоиде (рис.15). При температурах <5 кК реакция N + О <->• N0* + е заметно сдвигается в сторону рекомбинации. Дальнейшее снижение температуры (до «4 кК) ведет к резкому падению скорости ионизации и гибели заряженных частиц в диссоциативной, а затем в тройной рекомбинации с участием в качестве третьей частицы электрона или молекулы N2.

I, МКС г. си

а) б)

Рис.16. Эволюции а) максимальной концентрации ионов в плазмоиде вдоль оси истечения и б) его аксиальной скорости во времени.

Начальные скорости истечения: 1 - сверхзвуковая, 2 - гиперзвуковая.

Тем самым время существования. заметной концентрации заряженных частиц в плазмоиде определяется временем достижения критической температуры =4 кК и, следовательно, время жизни плазменной структуры контролируется ее газодинамикой. Существенно большее газодинамическое время перемешивания для тонкого кольца определяет и большее время его жизни, наблюдаемое в эксперименте.

Влияние газодинамики. наглядно проявляется при сравнении случаев сверх- и гиперзвукового истечения. Турбулизация сверхзвукового потока ограничена эффективной сдвиговой скоростью, соответствующей скорости звука Скорость гиперзвуковой струи превышает скорость звука в затопленном пространстве почти на всей длине струи (рис.16 б), поэтому перемешивание идет интенсивно и с постоянной скоростью. Как следствие, концентрация электронов быстро и почти с постоянной скоростью падает со временем, определяя короткое время существования плазмоида (рис. 16 а). Для сверхзвуковой струи переход через скорость звука происходит гораздо раньше, и рост времени подмешивания с падением скорости обеспечивает наличие продолжительной стадии существования плазмоида.

Параметры плазмы были также измерены в дозвуковой импульсной струе, создаваемой слаботочным капиллярным плазмотроном. В такой струе за счет малой скорости (<150 м/с) неустойчивость сдвиговых течений не развивается и истечение носит ламинарный характер. В этом дозвуковые режимы инжекции существенно отличаются от сверхзвуковых, в которых неустойчивость Кельвина-Гельмгольца приводит к турбулизации, решающим образом влияя на основные процессы. При этом на относительно поздних стадиях развития струи (больших г) сохраняются достаточно высокие значения концентрации заряженных частиц.

Таким образом, для увеличения длительности существования плазменного образования необходимо инжектировать плазму с малыми скоростями, чтобы снизить турбулентный тепломассоперенос. Однако это свидетельствует о том, что возможность быстрой транспортировки автономных плазменных образований в атмосфере на значительные расстояния в данной постановке весьма проблематична.

В шестой главе описаны разработанные для условий экспериментов с УВ методы обработки зондовых характеристик для плазмы тлеющих и ВЧ разрядов низких и промежуточных давлений.

Плазма этих разрядов в воздухе и инертных газах в исследуемом диапазоне давлений и разрядных токов характеризуется сочетанием целого ряда осложняющих измерения и их интерпретацию факторов. Для диагностики таких сложных случаев по электронной (наиболее информативной) части ВАХ одиночного зонда разработаны и апробированы два предельных подхода.

Первый из них основан на разработке для плазмы с функцией распределения электронов, сильно отличающейся от максвелловской, экспресс-методики обработки ВАХ, позволяющей с некоторой погрешностью, но быстро и просто - без измерения функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) - определять микроскопические параметры плазмы: среднюю энергию электронов, частоты процессов ионизации и возбуждения электронным ударом, концентрации возбужденных атомов на резонансных и метастабильных уровнях.

При этом для нахождения средней энергии электронов <е> достаточно логарифмической производной электронного тока на зонд, измеренной вблизи потенциала пространства в области потенциалов -<£>/3 < еУ < 0; для определения частот неупругих процессов достаточно измерения электронного тока на зонд при потенциале, равном порогу процесса; для оценки концентрации возбужденных атомов инертных газов на резонансных и метастабильных уровнях достаточно измерения суммарной частотой неупругих процессов и концентрации электронов.

Второй, наиболее общий подход основан на определении ФРЭЭ из электронной ветви ВАХ зонда как решения некорректно поставленной задачи на множестве монотонных ограниченных функций с последующим расчетом кинетических коэффициентов. Метод эффективен для случаев, когда применение стандартных методов измерения ФРЭЭ затруднено (ВЧ или шумящей плазмы, когда необходимо увеличение рабочей поверхности зонда, или плазмы повышенного давления).

Диагностика по ионной ветви ВАХ имеет несомненное преимущество в случае высоких концентраций заряженных частиц и сильных ВЧ полей. В работе проанализировано влияние на величину ионного тока зонда а) неравновесности ФРЭЭ, б) конечного числа столкновений, в) наличия отрицательных ионов.

Обобщение выражения для дебаевского радиуса экранирования на случай неравновесной ФРЭЭ позволило получить единое выражение для ионного тока при произвольном виде ФРЭЭ. Экспериментально показано, что малое, но конечное число столкновений существенно влияет на величину ионного тока и предложена методика определения концентрации ионов в этом случае. На примере сильно неизотермической (Те/Т и 102) плазмы НЧ разряда низкого давления в смеси Аг+СРзВг показано, что даже в случае весьма высокой доли отрицательных ионов (п+Л^юЮ2) уменьшение величины тока положительных ионов на цилиндрический зонд не превышает «3 раз.

В седьмой главе обоснована методика применения зондов для диагностики электрических разрядов в сверхзвуковых потоках воздуха и плазменных струй. Характерными особенностями плазмы этих объектов являются неоднородность, нестационарность и широкий диапазон параметров — прежде всего концентраций заряженных частиц и скорости течения. В этих условиях такой диагностический инструмент, как электрический зонд, позволяющий проводить локальные измерения с хорошим временным разрешением, в широких диапазонах давлений и концентраций заряженных частиц, одновременно обеспечивающий относительную простоту измерений и быстроту получения результата, не имеет себе равных. Однако из-за большого разнообразия условий в плазме некоторые практически важные режимы работы зонда недостаточно исследованы не только экспериментально, но и теоретически, не позволяя получить достоверную информацию о ее параметрах.

Разработаны и апробированы автоматизированные схемы с оптической развязкой, позволяющие проводить быстрые измерения ВАХ. Для движущейся плазмы экспериментально и теоретически исследован вид ионной части ВАХ зонда в гидродинамическом режиме при существенном отклонении от классического случая насыщения с бесконечно малым размером дебаевского слоя. Показаны пределы применения

< г

2,0

0.0

0.8 0,в 0.4 0.2 0.0

1,В 1,в 1.4

О 5 10 15 20 25 30 и. В

а/

2 0 2 4 е в 10 12 14 16 Ц, мм

б/

Рис.17. Сравнение измеренных (•) и рассчитанных (линии) значений ионного тока как функций а) напряжения смещения на зонде и б/ длины зонда £, в импульсной плазменной струе, инжектированной в сверхзвуковой поток. М » 2,р = 100 Тор, Ро = 2 атм. а) двойной поперечный зонд 00.3x14 мм; б/ продольный (1) и поперечный (2) цилиндрический зонды. £/= 30 В.

классического случая по отношению размеров дебаевского и диффузионного слоев. Численные расчеты для движущейся плазмы были выполнены на факультете ВМК.

Результаты измерений для продольного и поперечного зондов в плазме импульсных струй, инжектированных в сверхзвуковой поток, удовлетворительно согласуются с результатами численных расчетов для условий экспериментов (рис.17). Однако экспериментальные токи на продольный и поперечный зонды отличаются меньше, чем рассчитанные. Это может быть следствием того факта, что в эксперименте режим истинно продольного зонда не достигается; для этого необходимо обеспечить малую турбулентность и высокую параллельность потоку. В силу этого продольные зонды, по-видимому, менее применимы для диагностических целей.

1. Выполнено комплексное систематическое исследование взаимодействия УВ с тлеющим разрядом в воздухе и атомарных газах в широком диапазоне разрядных токов и давлений газа. На основе сопоставления результатов экспериментов с расчетами распространения плоской УВ по идеальному газу показано, что ускорение УВ в исследованном диапазоне целиком может быть объяснено в рамках задачи о взаимодействии УВ с тепловой неоднородностью - в диффузионном режиме разряда в рамках одномерного, в контрагированном - двумерного приближения.

2. Предложен метод диагностики заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме, использующий математическую обработку сигнала СВЧ-интерферометра на основе

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

решения задачи редукции. С его помощью экспериментально установлено, что структура электронной компоненты УВ в плазме поперечного емкостного ВЧ разряда в атомарных и молекулярных газах характеризуется наличием теплопроводностного предвестника в виде волны разрежения, обусловленного выносом зоны охлаждения электронов за фронтом УВ.

Вне зависимости от типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется близкий к колебательному режим горения, период которого определяется внешними параметрами -значениями давления, тока, межэлектродного расстояния, режимом питания разряда.

Показано, что характерной особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры разрядного канала, имеющей стационарную и периодически повторяющуюся части.

Показано, что поток приводит к формированию двух различных зон за электродами: короткой головной, где быстро нарастают ионизация, возбуждение и нагрев газа, и протяженного «следа» пониженной плотности с медленным изменением параметров: лс, ЕШ, Т%. Измерены зависимости этих параметров от разрядного тока.

4. Предложена двумерная модель разряда как теплового источника для описания газодинамических аспектов взаимодействия разрядного канала со сверхзвуковым потоком, В рамках модели показано, что заметный нагрев сверхзвукового потока реализуется в сильно контрагированном (дуговом) режиме разряда, а для повышения эффективности нагрева потока поперечным разрядом необходим импульсно-периодический режим.

Экспериментально показано, что управление формой плазменного образования, возникающего при импульсном истечении плазмы в затопленное пространство, может

осуществляться путем изменения как удельного энерговклада, так и длительности энерговклада, плотности газа в затопленном пространстве и др. Для увеличения длительности существования таких образований целесообразно вдувать плазму с возможно меньшими скоростями, чтобы снизить турбулентный тепломассоперенос.

6. Разработаны методы экспресс-диагностики неподвижной плазмы с помощью электрического зонда в условиях неравновесности ФРЭЭ, влияния столкновений и наличия отрицательных ионов. Предложен и апробирован метод определения ФРЭЭ из электронной ветви ВАХ зонда как решения некорректно поставленной задачи на множестве монотонных ограниченных функций. Апробирована методика определения концентрации заряженных частиц в быстрых потоках плазмы с помощью электрического зонда в гидродинамическом режиме.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кузовников A.A. Ершов А.П., Двинин С.А. и др. Визуализация заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме с помощью СВЧ интерферометра // Сб. Физические методы исследований прозрачных неоднородностей. М. МДНТП. 1985. С.17-19.

2. Александров А.Ф., Ершов А.П., Кузовников A.A. и др. Взаимодействие ударных волн с пространственно-ограниченной плазмой // Сб. Фундаментальные проблемы физики УВ. Черноголовка. 1988. Т.2. С. 76-78.

3. Ершов А.П, Васильев О.Г., Кузовников A.A. и др. Динамика электронной компоненты УВ в плазме тлеющего разряда // Сб, Фундаментальные проблемы физики УВ. Черноголовка. 1988. Т.2. С. 91-93.

4. Ершов А.П., Клишин C.B., Кузовников A.A., Пономарева С.Е., Пытьев Ю.П. Применение метода редукции к СВЧ интерферометрии УВ в слабоионизованной плазме // ЖТФ,- 1989. Т.59. N8,- С.142-145.

5. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибков В.М. О механизме ускорения УВ в плазме тлеющего разряда в воздухе // Тр. III Всес. сов. по физике и газодинамике ударных волн. Владивосток. 1989.4.2. С.12-19.

6. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибков В.М. Распространение ударной волны в плазме тлеющего разряда в воздухе: Препринт ФТИ им.Иоффе № 1453. Л. 1990,-32 с.

7. Ершов А.П., Клишин C.B., Пономарева С.Е., Кузовников A.A. Обработка и интерпретация экспериментов по СВЧ интерферометрии УВ в слабоионизованной плазме //ТВТ. - 1990. Т.28. N6. С.1041-1047.

8. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибков В.М. Распространение слабых УВ в плазме продольного тлеющего разряда // ТВТ. - 1991. Т.29. №3. С.588-596.

9. Васильев О.Г., Ершов А.П., Пономарева С.Е. Теплопроводностный предвестник во взрывной УВ, распространяющейся в слабоионизованной плазме // Вестник МГУ, сер. физика, астр. - 1994. Т.35. №2. С. 86-88.

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

11. Chuvashev S.N., Ershov A.P., Klimov A.I., Leonov S.B., Shibkov V.M., Timofeev I.B. Flow around body and characteristics of discharges in plasma aerodynamic experiment // 2 Weakly Ionized Gases Workshop. April 27-30, 1998, Norfolk. P.59-67.

12. Chernikov V.A., Chuvashev S.N., Ershov A.P. et al. 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. 9 p.

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

14. Georgievsky P.Yu., Gromov V.G., Ershov A.P. et al. Gas Discharge in Supersonic Flow // The 2nd Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 5-7 April 2000. P. 143-151.

15. Dvinin S.A., Chernikov A.P., Ershov A.P. et al. Features of transversal gas discharge in a supersonic gas flow // The 2nd Workshop on Magneto- Plasma- Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 5 April - 7 April 2000. P. 169-174,

16. Alexandrov A.F., Ardelyan N.V., Chuvashev S.N., Ershov A.P. et al. Supersonic plasma flows and their influence on aerodynamics of flight // Journal of Technical Physics. - 2000, V.41. No.l, Special Issue, P.533-550.

17. Chernikov V., Ershov A., Shibkov V. et al. Pulsing gas discharge in supersonic flow // The 3rd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. Moscow, 24 April - 26 April 2001, p. 140-145.

18. Chernikov V., Ershov A., Shibkov V. et al. 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, AIAA 2001-2948. 6 p.

19. Chernikov V., Ershov A., Georgievsky P. et al. Features of Transversal Gas Discharge in Supersonic Gas Flow // 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conf. and 4th Weakly Ionized Gases Workshop. Anaheim, CA. 11-14 June 2001. AIAA-2001-3084. 7 p.

20. Chernikov V.A., Dvinin S.A., Ershov A.P. et al. Parameters and peculiarities of the transversal gas discharge in supersonic flows // 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop 11-14 June 2001/ Anaheim, С A. AIAA-2001-3085. 8 p.

21. Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., В.М.Шибков. Газовые разряды в сверхзвуковых потоках газа // Ломоносовские чтения - 2001. Секция физики. Сб. расширенных тезисов докладов. М. Физический ф-т МГУ. 2001. С.91-94.

22. Chernikov V.A., Dvinin S.A., Ershov A.P. et al. Experimental and theoretical research of DC transversal gas discharge in a supersonic gas flow // The 3rd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. Moscow. 24 - 26 April 2001. P.129-134.

23. Ershov A.P., Bychkov V.L., Chernikov V.A. et al. Transversal electric discharges in supersonic airflows // Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 9-11 April 2002, P. 240-245.

24. Ershov A.P. Ardelyan N.V., Bychkov V.L., Chernikov V.A., Shibkov V.M., Surkont O.S. Timofeev I.B. Mechanisms of transversal electric discharge sustention in supersonic air and propane-air flows //41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit and 5th Weakly Ionized Gases Workshop, Reno, Nevada, 6-9 Jan.2003. AIAA 2003-0872. 7 p.

25. Chernikov V.A., Dvinin S.A., Ershov A.P. et al. The theory of direct current discharge in transversal gas flow // 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit and 5th Weakly Ionized Gases Workshop, Reno, Nevada, 6-9 Jan.2003. AIAA 2003-1193. 8 p.

26. Bychkov V.L., Gromov V.G., Ershov A.P. et al. An electrode ignition discharges in supersonic propane-air flows // Combustion and Atmospheric Pollution /Edit by G.D.Roy, S.M.Frolov/, M.: Torus press, 2003. P.278-282.

27. Двинин С. А., Ершов А.П., Тимофеев И.Б. Черников В. А., Шибков В.М. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа // ТВТ. - 2004. Т.42. №2. С. 181 - 192.

28. Александров А.Ф., Ершов А.П., Сурконт О.С. и др. Газодинамические особенности электрических разрядов в сверхзвуковых потоках: Препринт 10/2004. МГУ им. М.В.Ломоносова. Физический факультет. 25 с.

29. Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев Б.И., Тимофеев И.Б. О влиянии числа Маха на характеристики электрического разряда в сверхзвуковом потоке воздуха // Вестник МГУ сер.З, физика, астрономия. - 2004. Т.45, №4,- С. 63-64.

30. Ершов А.П., Сурконт О.С., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибков В.М Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Механизмы распространения и неустойчивости разряда // ТВТ. 2004. Т.42. №4. - С. 516 - 522.

31. Ершов А.П., Сурконт О.С., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибков В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Пространственно-временная структура и вольт - амперные характеристики разряда // ТВТ. - 2004. Т.42. №5. - С. 699-705.

32. Ершов А.П., Калинин A.B., Сурконт О.С., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибков

B.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Микроскопические характеристики разряда// ТВТ. -2004. Т.42. №6. - С. 856-864.

33. Ершов А. П., Сурконт О. С., Тимофеев И. Б. и др. Импульсные электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа // Нелинейный мир. - 2005. Т.З. №№ 1-2, С.54-59.

34. Georgievsky P.Yu., Ershov А.Р., Levin V.A. Electric Discharges Modeling in a Hypersonic Airflow // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 10-13 January 2005, Reno, Nevada, AIAA 2005-201. 7 p.

35. Александров А.Ф., Ершов А.П. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа // Ломоносовские чтения — 2005. Секция физики. Сб. тезисов докладов. М. Физический ф-т МГУ. 2005. С. 17-20.

36. Aleksandrov A.F., Bychkov V.L., Chernikov V.A., Ershov A.P. et al. Arc Discharge as a Means for Ignition and Combustion of Propane-Air Mixture Supersonic Flow // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 10-13 January 2006, Reno, Nevada, AIAA 20061462. 11 p.

37. Георгиевский П. Ю., Ершов А. П., Левин В. А., Тимофеев И. Б., Шибков В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Моделирование газодинамических эффектов в разрядном канале // ТВТ. - 2006. Т.44. №1. С.5-15.

38. Громов В.Г., Ершов А. П., Левин В. А., Шибков В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Моделирование эффектов, влияющих на нагрев газа в разрядном канале // ТВТ. - 2006. Т.44. №2. С.185-194.

39. Anders A., Ershov А.Р., Isaev К. Study of an underexpanded plasma jet. II. Diagnostics with microwaves // Contr. Plasma Phys. - 1988. V.28. N6. P.537-542.

40. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев C.H., Быцкевич С.Л. Эволюция структуры и параметров плазменной струи при импульсной инжекции в атмосферу // ТВТ,- 1990. V. 28. №3. Р. 583-589.

41. Анохин М.Д., Быцкевич С.П., Ершов А.П., Лягушин Б.Е., Тимофеев И.Б., Чувашев

C.Н. Формирование устойчивых структур при импульсной инжекции плазменной струи в затопленное пространство //ТВТ. - 1992. Т.ЗО. №2. С.36-41.

42. Ершов А.П., Имад И.Х., Тимофеев И.Б. и др. Скоростные плазменные струи в воздухе. II. Параметры импульсной плазменной струи, инжектируемой кумулятивным плазмотроном в атмосферу // ТВТ,- 1993. Т.31. №4. С. 531-534.

43. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев С.Н., Шибков В.М. О генерации сильноионизованной плазмы с конденсированной дисперсной фазой // Письма в ЖТФ. - 1994. Т.20. №14. С.70-74.

44. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев С.Н., Шибков В.М. Дозвуковая плазменная струя эрозионного типа, истекающая в атмосферу // Сб. Шаровая молния в лаборатории. Химия. 1994. С.112-118.

45. Ершов А.П., Розанов В.В., Сысоев H.H., Тимофеев И.Б., Чувашев С.Н., Шибков В.М. Истекающие в атмосферу дозвуковые плазменные струи, образуемые капиллярным разрядом // Прикладная физика. - 1995. № 2. С. 36-50.

46. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев С.Н., Шибков В.М. О природе керна в капиллярном эрозионном разряде, истекающем в атмосферу // Вестник МГУ, сер.З, физика, астр. - 1995. Т.36. №1. С. 23-27.

47. Chernikov V.A. Chuvashev S.N., Ershov А.Р., Shibkov V.M. Timofeev I.B. Alexandrov A.F. Long-lived plasma formation in air // 9th Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4977. 8 p.

48. Chernikov A.V., Chuvashev S.N., Ershov A.P. et al. 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 of RAS. P.215-220.

49. Арделян H.B. Бычков В.Л., Ершов А.П. и др. Исследования высокоскоростных плазменных потоков для плазменной аэродинамики // б-й международный симпозиум по радиационной плазмодинамике // Сб. научных трудов. Москва, 2003. С. 47-52.

50. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Чувашев С.Н. Плазмодинамические МПК

- разряды для плазменной аэродинамики // 6-й международный симпозиум по радиационной плазмодинамике. Сб. научных трудов. Москва, 2003. С. 53-58.

51. Alexandrov A.F., Bychkov V.L., Ershov A.P., Timofeev I.B. Long-lived plasma formations in air // Eighth International Symposium on Ball Lightning, 3rd-6,h August 2004, National Central University, Chung-Li, Tiawan, P.111-116.

52. Ershov A.P., Ardelyan N.V., Chernikov V.A. et al. Parameters of a Plasma Jet Injected in a Supersonic Air and Propane-Air Mixture Flows II 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 10-13 January 2005, Reno, Nevada, AIAA 2005-986. 7 p.

53. Довженко B.A., Ершов А.П., Солнцев Г.С. Дебаевское экранирование и ионный ток на зонд в случае произвольной функции распределения электронов по энергиям // Вестник МГУ, сер. физика, астр. - 1978. Т.19. №6. С. 9-15.

54. Довженко В.А., Ершов А.П., Кузовников A.A. О расчете распределения электронов по энергиям в постоянном и высокочастотном полях // Вестник МГУ, сер.физика, астр.-1981.Т.22.№4. С. 18 -25.

55. Ершов А.П., Довженко В.А., Кузовников A.A., Оке С.Н. Об обработке вольтамперных характеристик зонда Ленгмюра в немаксвелловской плазме // Физика плазмы. - 1981. Т.7. №3. -С.609-614.

56. Ершов А.П., Калинин A.B., Мальков М.А., Шибков В.М. Зондовая экспресс-диагностика неравновесной анизотропной плазмы для травления // Тез. докл. Межд. симп. по теор.и прикл. плазмохимии. Рига. 1991. С.168-170.

57. Ершов А.П., Степанов В.В., Гончарский A.B., Кузовников A.A. Определение ФРЭЭ из зондовых характеристик методом решения некорректной задачи на компакте // ЖТФ.

- 1983. 53, №6. С.1202-1205.

58. Довженко В.А., Ершов А.П., Кузовников A.A. Определение средней энергии электронов из ВАХ зонда Ленгмюра // Вестник МГУ, сер.физика, астр. - 1983. Т.24. №5. С.88-91.

59. Ершов А.П., Кузовников A.A., Крашенинников Б.Н. Определение концентрации заряженных частиц по ионному току на цилиндрический зонд в слабоионизованной плазме низкого давления П Вестник МГУ, сер. физика, астр. - 1984. Т.25. №4. С.23-26.

60. Ершов А.П., Довженко В.А., Кузовников A.A. О расчете концентрации метастабильных и резонансных уровней атомов инертных газов в плазме положительного столба разряда постоянного тока // Оптика и спектр. 1984. Т. 56. №6. С. 995-999.

61. Ершов А.П., Кузовников А.А Влияние ударов второго рода электронов с возбужденными атомами на вид ФРЭЭ в плазме инертных газов // Вестник МГУ, сер. физика астр. 1984. Т.25. №6. С.6-9.

62. Ершов А.П., Кузовников А.А. Энергетическое распределение электронов в плазме ВЧ разряда низкого давления // Физика плазмы.- 1985. Т.П. №5. С.625-629.

63. Волкова Л.М., Ершов А.П., Мальков М.А. Определение концентрации возбужденных атомов и частот неупругих процессов из зондовой характеристики // ЖТФ. - 1987. Т.57. №5, С.854-857.

64. Ершов А.П., Андерс А., Тимофеев И.Б. Зондовая диагностика поздних стадий истечения плотной плазменной струи в атмосферу // ТВТ. — 1987. Т.25. №4, С.743-747.

65. Волкова Л.М., Ершов А.П., Мальков М.А. Определение скоростей элементарных процессов по зондовым характеристикам // Сб. Элементарные процессы при столкновениях. Чебоксары. 1987. С.38-42.

66. Ершов А.П. Кузовников А.А., Пономарева С.Е. Определение средней энергии электронов зондовым методом в плазме повышенного давления // Известия ВУЗов. Физика. - 1988. N5,44-49.

67. Ершов А.П., Мальков М.А. Нетрадиционные способы измерений характеристик плазмы и их практическая реализация // Известия ВУЗ'ов. Физика. 1990. №12. С. 6671.

68. Ершов А.П., Исаев К.Ш., Калинин А.В., Орликовский А.А. Особенности применения метода зондов для диагностики НЧ разряда в смеси СРзВг/Аг в диодном плазмохимическом реакторе. Труды ФТИАН. Проблемы субмикронной технологии. 1993. №6. С. 17-34.

69. Ершов А.П., Исаев К.Ш., Калинин А.В. Параметры плазмы НЧ разряда в смеси СРзВг/Аг в диодном плазмохимическом реакторе // Химия высоких энергий. 1994. Т.28.№1.С. 88-91.

70. Ершов А.П., Оводов И.Г. Моделирование методом Монте-Карло тока электронов на сферический зонд при промежуточных давлениях // Вестник МГУ, сер.З, физика, астрономия. -1995. Т.36. №2. С.37-42.

71. Ershov А.Р., Ardelyan N.V., Chuvashev S.N., Shibkov V.M., Timofeev I.B. Probe diagnostics of gas discharges in supersonic airflow. 9th Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4951. 6 p.

72. Ershov A., Ardelyan N., Chuvashev S., Timofeev I., Shibkov V. Probe Diagnostics of Gas Discharges in Supersonic Airflows // AIAA J. 2001 .V. 39. № 11. P. 2180-2187.

73. Ershov A.P., Ardelyan N.V., Kalinin A.V., Surcont O.S., Timofeev I.B., Chuvashev S.N., Shibkov V.M. Probe diagnostics for the conditions of igniting discharges in supersonic flow // Proceedings of the 5 International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 7- 10 April 2003. P. 194—200.

74. А.Ф.Александров, Н.В.Арделян, А.П.Ершов и др. Зондовая диагностика газоразрядной плазмы и плазмы пламени в сверхзвуковых потоках воздуха и пропан -воздушной смеси // Тр. III Всероссийской конференции по физической электронике. Махачкала. 23-26 сентября 2003. С.91-94.

75. Ershov А.Р., Ardelyan N.V., Chuvashev S.N., Shibkov V.M., Surcont O.S., Kalinin A.V. Discharge and flame plasmas probe diagnostics in supersonic air-propane flows. 42IU| AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 5-8 January 11, 2004 Reno, Nevada, AIAA 20041016. 11 p.

Подписано к печати 4 ■ 03- && Тираж ICQ Заказ -/3 g

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Ершов, Алексей Петрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ УДАРНЫХ

ВОЛН И СВЕРХЗВУКОВЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ С НЕОДНОРОДНЫМИ И НЕРАВНОВЕСНЫМИ СРЕДАМИ.

§1. Ударные волны в газоразрядной плазме

§2. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа

§3. Импульсные плазменные струи, инжектируемые в затопленное 48 пространство

§4. Зопдовая диагностика неравновесной нестационарной движущейся 53 плазмы

Введение диссертация по физике, на тему "Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями"

Актуальность темы.

В последние годы быстро развивается сравнительно новая область физики плазмы - плазменная аэродинамика, изучающая взаимодействие организованных тем или иным образом плазменных образований с высокоскоростными потоками воздуха и различных газовых смесей. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа рассматриваются в плазменной аэродинамике как эффективный способ подвода энергии к потоку и представляют интерес с двух практических точек зрения. Во-первых, для перестройки головных ударно-волновых структур перед телом, т.е. «управления обтеканием», во-вторых, как потенциально эффективный способ воспламенения топливпо-воздушпой смеси при сверх- и гиперзвуковых скоростях движения.

Явления, возникающие при взаимодействии электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями, весьма сложны и многообразны. За последние 25 лет появился целый ряд работ по взаимодействию плазмы с газодинамическими возмущениями, результаты которых трактовались как необычные. Говорилось об исчезновении или аномально высокой скорости ударных воли, распространяющихся в плазме лазерной искры и тлеющего разряда, формировании плазменных образований с аномально высоким временем жизни, возникающих при истечении в атмосферу сверхзвуковой импульсной плазменной струи, проявлении сверхтекучести плазмы, создаваемой капиллярным плазмотроном и т.п. Это свидетельствует о потенциально высокой эффективности воздействия плазменных образований на газодинамические характеристики. Однако, в интерпретации экспериментов существуют значительные противоречия. Анализ возникающих явлений должен опираться на фундаментальные исследования, т.е. эксперименты, выполненные в широком диапазоне физических параметров, и сопоставлении их с расчетами в рамках физических моделей, отражающей основные черты явления. Понимание роли заряженных частиц в движении нейтральной компоненты слабоиопизовапиого газа и. наоборот, влиянии потока на движение заряженных частиц, т.е. протекание электрического тока, создаст базу для применения плазменных технологий в аэродинамике.

Цслыо диссертационном работы является экспериментальное и теоретическое исследование физических явлений, возникающих при взаимодействии электрических разрядов со сверхзвуковыми течениями и выявление роли заряженной компоненты в газодинамике слабоионизовашюй плазмы.

Достижение этой цели предполагает решение следующих основных задач.

Выявление механизмов, определяющих взаимодействие УВ с плазмой слаботочных разрядов - тлеющего разряда в режиме нормальной плотности тока и ВЧ разряда в а-режиме - с токами менее 1 А.

Исследование эволюции плазменных струй, создаваемых сильноточными импульсными разрядами с токами до 100 кА, при иижекции в затопленное пространство в широком диапазоне скоростей - от гиперзвуковых до дозвуковых.

Разработку методов диагностики неравновесной, нестационарной, неоднородной, движущейся плазмы применительно к рассматриваемым плазменным объектам.

Научная новизна работы состоит в следующих основных положениях, которые выносятся на защиту:

1. Выполнено комплексное, систематическое исследование взаимодействия У В постоянного давления с продольным тлеющим разрядом в воздухе и атомарных газах в широком диапазоне разрядных токов и давлений газа. На основе прямых измерений температуры газа и ее радиального распределения в разряде проведены двумерные расчеты распространения плоской УВ по идеальному газу. Сопоставление результатов экспериментов с расчетами показало, что ускорение УВ в разряде в исследованном диапазоне параметров целиком может быть объяснено в рамках задачи о взаимодействии УВ с тепловой неоднородностью - в диффузионном режиме разряда в рамках одномерного, в коптрагированном - двумерного приближения.

2. Предложен метод диагностики заряженной компоненты УВ н слабоионизовапной плазме, использующий математическую обработку сигнала СВЧ-иитерферометра на основе решения задачи редукции. Экспериментально установлено, что структура электронной компоненты УВ в плазме поперечного емкостного ВЧ разряда в атомарных и молекулярных газах характеризуется наличием теплопроводиостного предвестника в виде волны разрежения, обусловленного выносом зоны охлаждения электронов за фронтом УВ.

Выявлены два типа неустойчивости поперечного разряда в потоке; а/ неустойчивость, определяемая внешней электрической цепью и б/ неустойчивость, определяемая механизмом повторных пробоев - в случае питания разряда в режиме генератора тока. Вне зависимости от типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется близкий к колебательному режим горения, период которого определяется внешними параметрами - значениями давления, тока, межэлектродного расстояния, режимом питания разряда. При этом характерной особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры разрядного канала, имеющей стационарную и периодически повторяющуюся части.

5. Проведено комплексное исследование релаксации инжектируемых в затопленное пространство плазменных струй, создаваемых сильноточным импульсным разрядом в широком диапазоне скоростей истечения и давлений. Показана возможность описания импульсных плазменных струи, инжектируемых в атмосферу, в рамках теории турбулентных газовых струй и релаксации локально термодинамически равновесной плазмы. Экспериментально показано, что форма плазменного образования (компактный тор или тонкое кольцо) определяется безразмерным параметром, величина которого зависит от мощности и длительности энерговклада, давления (плотности) газа в затопленном пространстве.

Экспериментально показано, что продолжительность существования заметной концентрации электронов в автономном плазмепном образовании контролируется его газодинамикой. Для увеличения длительности существования плазменного образования целесообразно инжектировать плазму в затопленное пространство с возможно меньшими скоростями для снижения турбулентного тепломассопереноса.

Достоверность полученных результатов. Экспериментальные результаты получены па различных экспериментальных установках с привлечением ряда независимых диагностических методик, разработанных или адаптированных к условиям экспериментов. Полученные результаты сопоставлены с результатами других групп исследователей в России и за рубежом. Выполнено двумерное численное моделирование проведенных экспериментов и его сопоставление с экспериментом. Это позволяет считать полученные результаты полностью обоснованными и достоверными. Практическая значимость работы. Полученные результаты: могут служить для выявления физических особенностей электрических разрядов в сверх- и гиперзвуковых потоках газа и построения полной физической модели таких разрядов; являются научной базой при выработке рекомендаций по конструированию и определению наиболее оптимальных режимов газоразрядных устройств, служащих для нагрева и воспламенения сверхзвуковых потоков, снижению их массо-габаритных и стоимостных показателей; дают возможность обоснованной оценки влияния плазменных областей на аэродинамические характеристики сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов и распространение ударных волн; разработанные методы обработки зондовых характеристик могут быть использованы для диагностики неподвижной и движущейся плазмы широкого класса неравновесных нестационарных плазменных обьектов.

Результаты исследований могут быть использованы в следующих организациях: ИОФ РАН, ИВТ РАН, ИПМ РАН, МРТИ РАН, ЦАГИ, ЦНИИМаш'е, ЦИАМ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Холдинговой компании "Ленинец" и ряде других.

Апробация работы. Работа является результатом более чем 20-летних исследований автора в области взаимодействия газодинамических возмущений с газовыми разрядами и диагностики плазмы. Ее основные результаты были представлены, доложены и обсуждены па ряде международных и национальных конференций, в том числе: Всесоюзных конференциях по генераторам низкотемпературной плазмы (VIII -Новосибирск, 1980; JX - Фрунзе, 1983; XI - Новосибирск, 1989), Всесоюзных конференциях по физике низкотемпературной плазмы (Ленинград -1983. 1ашкент- 1987. VIII - Минск, 1991), Всесоюзных симпозиумах по радиационной плазмодииамике, Москва, МГТУ (I -1989, II - 1991, IV - 1997, V (Межд) - 2000, VI (Межд) - 2003), Всесоюзной конференции по взаимодействию электромагнитных воли с плазмой (Душанбе, 1979), Всесоюзных конференциях «Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах», Москва. МГУ (II- 1984. Ill - 1986. IV - 1988). школе-семинаре «Фундаментальные проблемы физики ударных волн» (Азау, 1987), III Всесоюзном совещании по физике и газодинамике ударных волн (Владивосток, 1989), Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах (ICPIG) (XIII - Berlin, 1977; XVIII -Swansea, 1987; XIX - Belgrad, 1989, XX - Pisa, 1991, XXIII -Toulouse, 1997), Европейских конференциях по атомной и молекулярной физике ионизованных газов (ESCAMPIG) (VI - Oxford, 1982, Bari, 1984, St.Petersburg., 1992), VI Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям и ионным инжекторам, (Днепропетровск. 1986), VI Всесоюзной конференции «Динамика излучающего газа» (Москва, 1987), Всесоюзном семинаре «Процессы ионизации с участием возбужденных атомов» (Ленинград, 1988), конференциях по физике плазмы и УТС. Звенигород (XXVI - 1999. XXVII - 2000, XXVIII - 2001, XXIX - 2002, XXX - 2003. XXXI - 2004, XXXII - 2005), Всесоюзной конференции по физике газового разряда (IV- Махачкала, 1988; VI - Казань, 1992), Всесоюзном семинаре «Взаимодействие акустических волн с плазмой» (Мегри. Ереван, 1989), Совещаниям по ионизованным газам (Weakly Ionized Gases Workshop). США (I - Colorado, 1997; И-Colorado, 1998; 3 - Norfolk, 1999; 4 - Anaheim 2001; 5 - Reno. 2003; 6 - Reno, 2004; 7- Reno, 2005; 8 - Reno, 2006), Международных Совещаниях по магнитоплазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях, Москва. ИВТАН (I-1999, 2 - 2000, 3 - 2001, 4 - 2002, 5 - 2003), Международных Симпозиумах «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» Санкт-Петербург (2 - 2002, 3 - 2003), Международных симпозиумах но теоретической и прикладной плазмохимии (Рига - 1991, Плес - 2002), Всероссийских конференциях по физической электронике. Махачкала (I - 1999, III - 2003), научной школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики», Украина, Алушта (2-2004, 3-2005); Ломоносовских чтениях по физике па физическом факультете МГУ (2001, 2005). научных семинарах ИОФАН, Института механики МГУ под руководством Г. Г. Черного. ИНХС РАН, семинаре МДНТП «Физические методы исследования прозрачных пеоднородностсй», научных семинарах по физике плазмы кафедры физической электроники МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 статей в реферируемых журналах, 23 доклада в трудах международных конференций и около ста тезисов докладов на конференциях и препринтов. Список основных из них приведен в конце диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава диссертации посвящена анализу результатов экспериментальных и теоретических работ по исследованию различных аспектов взаимодействия сверхзвуковых течений с электрическими разрядами: влияния газоразрядной плазмы па распространение ударных волн, нагрева сверхзвукового потока с помощью разрядов постоянного тока, влияния локального энерговыделсния в набегающем сверхзвуковом потоке на изменение структуры течения и аэродинамические характеристики движущихся тел при различных способах энергоподвода, инжекции импульсных плазменных струй в сверхзвуковой поток. Рассмотрено также состояние диагностики плазмы с помощью электрического зонда неподвижной и движущейся плазмы низкого и высокого давления.

Несмотря па близость экспериментальных условий, существующие трактовки результатов исследований в ряде случаев противоречивы. Прежде всего это связано с тем, что исследуемый диапазон параметров является промежуточным как с газоразрядной точки зрения - по давлениям и разрядным токам, так и с точки зрения соотношения энергетических характеристик разряда и потока. Кроме того, принципиальной чертой процесса взаимодействия разряда и газодинамических возмущений являются неоднородность и нестационарпость. В условиях существенной неравновесное™ плазмы это делает чрезвычайно сложной задачу определения физических механизмов явления. Именно с отсутствием полной и достоверной информации о параметрах газоразрядной плазмы и газодинамических возмущений связана различная трактовка экспериментов, проведенных в близких условиях. Однако получение такой информации требует не только применения широкого спектра диагностических средств, но и в силу промежуточного диапазона параметров, иеравиовесности. нестациопарности и неоднородности плазмы необходимости разработки новых или адаптации известных диагностических средств.

В конце главы сформулирована постановка задач исследований.

Во второй главе излагаются результаты систематических исследований распространения УВ с постоянным давлением в протяженной слабоиоиизоваиной плазме, создаваемой двумя типами слаботочных самостоятельных разрядов: тлеющим разрядом в режиме нормальной плотности тока и емкостным ВЧ разрядом в а-режимс. Это позволило рассмотреть две различные ситуации: распространения УВ вдоль направления электрического тока (разряд постоянного тока), и поперек него (ВЧ разряд).

Эксперименты проводились на однодиафрагменной ударной трубе круглого сечения 0 45 мм с разрядной секцией из кварцевой трубы длиной 1 м. Для создания тлеющего разряда использовался высоковольтный (<10 кВ) источник питания с током до 0.4 А. Рабочими газами служили воздух и инертные газы. Исследования проведены в диапазоне чисел Маха УВ М г 1.1 - 3, давлений газа р = 10"' - 102 Тор, разрядных токов / = 0.04 -0.4 А. Вкладываемые удельные электрические мощности не превышали единиц ватт на кубический см.

Для определения скорости фронта УВ в плазме вместе со стандартными методами регистрации - пьезоэлектрическим и рефракции лазерного луча - применялся предложенный автором базисный метод, основанный на использовании двух СВЧ-интерферометров. Изучение динамики УВ показало, что во всем исследованном диапазоне наблюдается увеличение скорости УВ при ее вхождении в разряд и стабилизация при дальнейшем движении по разряду. После выхода из разряда скорость фронта УВ и ее амплитуда при небольших давлениях и разрядных токах возвращались к исходным значениям, и только при давлениях в десятки тор отличие их параметров выходило за пределы ошибки измерений.

Взаимодействие разряда с УВ рассматривалось вместе с внешней электрической цепью. Для диагностики плазмы использовались спектроскопические методы, метод электрических зондов, метод СВЧ интерферометрии и термопарный метод. Их комплексное применение позволило провести прямые и систематические измерения микроскопических параметров плазмы - концентрации и температуры электронов, газовой и колебательной температур в стационарном состоянии, их распределений в аксиальном и радиальном направлении, а также их эволюции при взаимодействии разряда с УВ. Вращательная температура измерялась по относительным интеисивпостям линий вращательной структуры полосы (0, 2) второй положительной системы азота.

На основе прямых измерений температуры газа были проведены одномерные расчеты распространения УВ по разряду в рамках задачи о нормальном падении УВ на резкую границу двух сред с различными скоростями звука. При невысоких давлениях и малых мощностях - в диффузионном или слабоконтрагироваииом режиме горения -наблюдалось совпадение данных в пределах ошибок измерений. Однако, при переходе в контрагировапиый режим - с ростом давления и вложенной мощности - отличие выходило за ошибки измерений, причем экспериментальные значения скорости систематически превышали рассчитанные.

Другой возможной причиной может быть неоднородность температуры газа поперек направления распространения УВ. Для учета этого явления проводились измерения распределения температуры газа по сечению трубы. При вычислении локальных значений иптепсивпостей, учитывая, что процедура абелизации принадлежит к классу обратных некорректных задач, использовался метод регуляризации. По полученным локальным значениям иитенсивностей рассчитывался радиальный ход температуры.

Экспериментальная зависимость Т (г) аппроксимировалась двумя

71V 7ГГ распределениями вида Г(г) = Г(0Х1 + Л cos—) (1) и Т (г) - Т (0)(1 + Л, со$:—) (2),

2 R " " ' 2 R отражающими случаи диффузионного и контрагированного режимов разряда, по имеющих одинаковую среднюю термодинамическую температуру < Г'"'"' > = \ ' ' ■ rcJS У

Для этого случая в ЛФТИ им. Иоффе были выполнены двумерные численные расчеты распространения УВ по тепловой неоднородности. Учет двумерности течения, вызванного неоднородностью температуры по сечению, привел к увеличению скорости УВ по сравнению с одномерной теорией, основанной на использовании термодинамически осреднеппой температуры для обоих случаев распределения. Это связано с тем, что первоначально плоская граница раздела горячего и холодного газа существенно искривляется и в приосевой области формируется струя холодного газа, оттесняющая горячий газ к стенкам канала. Однако в «диффузионном» случае (1) расстояние между УВ и контактным разрывом непрерывно увеличивается, тогда как в «контрагировапном» случае (2) - с более горячей приосевой областью - струя холодного газа не отстает от УВ, как бы толкая ее перед собой. Другими словами, взаимодействие с тонким горячим слоем газа ускоряет головную УВ сильнее, чем взаимодействие с широким слоем, имеющим более низкую температуру.

Распространение УВ изучалось также в разряде в Не. В этом газе наиболее корректно сравнение эксперимента с одномерной теорией: из-за высокой скорости звука число Маха падающей УВ близко к I и скорость УВ особенно чувствительна к величине температуры газа; распределение температуры газа по радиусу трубки ближе к П-образиому из-за существенно более высокого значения коэффициента теплопроводности и более высокой границы перехода разряда в коитрагированиое состояние по давлению в силу наличия большого балластного объема и примеси воздуха. Кроме того, атомарный гелий позволяет отсечь в эксперименте колебательный механизм ускорения УВ. Полученные результаты полностью соответствуют тепловому механизму ускорения.

Таким образом, сопоставление эксперимента с одно- и двухмерными расчетами показало, что наблюдаемое ускорение УВ в газоразрядной плазме воздуха и инертных газов в исследованном диапазоне параметров целиком может быть объяснено взаимодействием УВ с тепловой неоднородностью. Значительно позднее этот вывод подтвержден рядом зарубежных исследователей.

Взаимодействие УВ с газоразрядной плазмой не сводится только к изменению ее амплитуды и скорости, но и формирует УВ заряженных компонент. Для нахождения структуры электронной компоненты УВ в слабоионизованной плазме был предложен и апробирован метод, основанный па математической обработке сигнала СВЧ-интерферометра на базе решения задачи редукции. Метод редукции позволяет получить оценку для профиля электронной компоненты УВ, которую можно интерпретировать как сигнал на выходе прибора, обладающего более высоким пространственным разрешением по сравнению с имеющимся. Была исследована структура электронной компоненты УВ в плазме продольного РПТ и плазме поперечного ВЧ-разряда в воздухе и А г. В поперечном разряде на фоне роста концентрации электронов, обусловленного вхождением УВ, наблюдается предвестник УВ в виде волны разрежения. Его характерный размер может достигать «1 см для р ~10 Па при степени разрежения «30% . В продольном разряде «гашение» разряда после входа УВ приводит к падению тока, концентрации электронов и маскировке на этом фоне волны разрежения.

Для выяснения физической природы предвестника был использован метод одновременного определения пс и Тс по абсолютным иптеисивпостям полосы (0.0) первой отрицательной системы молекулярного иона азота 1"N2+ и полосы (2,5) второй положительной системы азота 2+Ыг. Его применение показало, что области падения пх перед фронтом УВ соответствует зона охлаждения электронов . Возникновение последней обусловлено падением Те за фронтом и выносом охлаждения через фронт УВ за счет высокой электронной теплопроводности.

Такой предвестник УВ в виде волны разрежения был предсказан Рухадзе и Теселкиным при моделировании структуры заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме одиоатомных газов. Однако прямое применение выражения для масштаба теплопроводпостного предвестника для плазмы одноатомных газов дает протяженность, на порядок превышающую экспериментальную в плазме воздуха, тогда как измерения в плазме Аг дают близкую к теории величину, подтверждая корректность модели. Анализ экспериментальных данных позволил обобщить размер выноса на случай молекулярных газов, согласующийся с экспериментом: Aj ~ S.J/ ~Ле/7.

На основе модели были выполнены численные расчеты профиля температуры электронов для УВ взрывного типа и проведено сравнение с известными экспериментальными данными для плазмы аргона и воздуха.

В третьей главе диссертации описаны результаты экспериментальных исследований поперечного электрического разряда в сверхзвуковой струе воздуха в импульсном, импульсно-периодическом и непрерывном режимах горения.

Эксперименты проводились на баллоиио-вакуумиой установке кратковременного действия с осесимметричным профилированным соплом Лаваля, рассчитанным на число Маха М = 2. Для создания импульсного и импульсно-периодического разряда использовался модулятор с регулируемым выходным напряжением до 27 кВ и током во внешней цепи до 50 А, собранный по схеме с частичным разрядом накопительной емкости. Исследован следующий диапазон внешних параметров: давление воздуха в ресивере компрессора Pq = 1 - 7 атм; давление в камере р= 10 - 400 Тор; разрядный ток / = 0.1 А -40 А; длительность импульса г= 3 - 1000 мке; частота следования импульсов/ = 1 - 1000 Гц, межэлектродпое расстояние Do = 6- 18 мм. Для диагностики разрядов использовались: теневая установка, сверхскоростной фоторегистратор, автоматизированные схемы спектроскопических и зондовых измерений.

До настоящей работы В.И.Алферовым были установлены характерные особенности поперечных разрядов постоянного тока (РПТ) в сверхзвуковом потоке воздуха: наличие колебаний тока и напряжения и «разорванность» разрядного канала. Подобный внешний вид разряда наблюдается в сверхзвуковой струе - при фоторегистрации с экспозицией в сотые и тысячные доли секунды он представляет собой два узких протяженных канала вдоль потока с зоной перемыкания между ними существенно меньшей яркости.

Для интерпретации этих особенностей было предложено использовать импульсный режим с большой длительностью импульса. Такой режим - с возможностью достижения существенно больших, чем в РПТ. разрядных токов - позволил применить для исследования динамики разряда метод сверхскоростной фоторегистрации и. тем самым, детально проследить его развитие. Сверхскоростная (с длительностью кадра 16 мке) фоторегистрация показала, что разряд представляет собой токовую петлю, выносимую потоком, причем увеличение протяженности разряда вдоль потока прерывается резким его сокращением в несколько раз, после чего токовый капал снова начинает вытягиваться вдоль потока. При этом свечение разрядных каналов вдоль потока интегрируется во времени, а свечение капала поперек потока, напротив, «размазывается» по пространству. Поэтому при типичных частотах колебаний в десятки кГц усреднение за время экспозиции приводит к существенно меньшей яркости зоны перемыкания между каналами.

Анализ процесса ограничения выноса разряда потоком повторными пробоями позволил выделить два механизма неустойчивости. Классический подход к анализу устойчивости разряда с падающей ВАХ, учитывающий однако изменение ВАХ во времени за счет роста протяженности разряда вдоль потока показал, что первый механизм обусловлен неустойчивостью, вызванной внешней электрической цепыо; при этом повторный пробой является следствием, а не причиной колебательного характера горения разряда. В режиме генератора тока, когда характеристики внешней цепи не влияют на разряд, экспериментально показано, что собственно повторный пробой ограничивает вынос разряда потоком, т.е. представляет собой механизм неустойчивости разряда. При этом в силу газодинамических возмущений от электродов они происходят, как правило, ниже по потоку, между анодной и катодной частями разрядного канала. Таким образом, вне зависимости от режима питания и типа разряда (тлеющий, дуговой) в сверхзвуковом потоке реализуется колебательный режим гореиия. По сути, это пример разряда, неустойчивость которого нельзя стабилизировать внешней цепыо и который отражает принципиально нестационарный характер протекания электрического тока поперек газового потока.

Применение режима, близкого к режиму генератора тока, позволило провести корректные измерения характеристик колебательного режима горения разряда. Показано, что особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры, состоящей из двух частей: стационарной и переменной протяженностью , где и - скорость потока, / - время между последовательными повторными пробоями. Период колебаний определяется внешними параметрами разряда -увеличивается с ростом межэлектродиого расстояния и разрядного тока и падает с ростом давления. Дана интерпретация найденных зависимостей. Получено выражение, описывающее максимальную протяженность разряда вдоль потока в случае неустойчивости, определяемой внешней электрической цепыо. Дальнейшее увеличение протяженности возможно только при переходе к источникам питания, близким к генераторам тока; в этом случае протяженность ограничивается механизмом повторных пробоев.

Зопдовые измерения в разрядных каналах за катодом и анодом показали, что величина продольного электрического поля Е не слишком чувствительна к направлению потока относительно направления поля, не сильно меняется вдоль разрядного канала и слабо растет во времени. Это позволило, несмотря па нестационарный характер и сложную пространственную структуру разряда, оперировать средней (во времени и по длине) величиной Е. Систематические измерения величины Е в зависимости от разрядного тока при различных давлениях в струе показали, что напряженность электрического поля достигает сотен вольт на сантиметр при токах -10'1 А и падает на порядок с повышением тока разряда до — 101 А. Это изменение может быть описано степенной зависимостью Е ~ 1~к с показателем степени 1/3 < к < 1/2. Это значение близко к показателю степени для сильноконтрагироваиного тлеющего или дугового разряда в отсутствие потока. Измерение диаметра разрядного капала в двух взаимно перпендикулярных направлениях показало, что подобно разряду в свободном пространстве, увеличение тока сопровождается прежде всего ростом сечения капала.

Спектроскопическими и зоидовым методами для режима разряда, близкого к режиму генератора тока, были измерены зависимости средних значений вращательной температуры, отождествляемой с температурой газа, колебательной температуры и концентрации заряженных частиц от разрядного тока. Температура газа (рис.9 б) растет с ростом тока по степенному закону Tg ~ / l/j, достигая величины ~ 3000 К для токов в десятки ампер при />o=103 Па. С ростом полного давления, т.е. с увеличением плотности вытекающего из сопла воздуха, температура газа в отличие от разрядов в неподвижном воздухе имеет тенденцию к уменьшению. Аксиальное распределение температуры характеризуется высокими значениями температуры уже на малых расстояниях от электродов и медленным спадом вдоль потока.

Измеренные зависимости Е(1) и Tg(l) позволяют построить зависимость значений среднего по сечению приведенного электрического поля E/N от величины разрядного тока в предположении равенства давлений в разрядном канале (вдали от электродов) и невозмущепном потоке. В диапазоне токов 1-10 А, характерных для слаботочных дуг. значения E/N слабо меняются и имеют для A)=10' величину порядка 20 Тд, а при малых токах, характерных для тлеющего режима, достигают значений E/N ~ 40 Тд.

Колебательная температура при прочих равных условиях выше температуры газа. Температура распределения по возбужденным состояниям атомов меди, близкая в условиях эксперимента к температуре электронов, имеет величину «104 К при токах ~10' А. Это значение согласуется с оценкой Те по найденным значениям E/N\ Те и (7-8)хЮ3 К. Таким образом, абсолютные значения температуры газа остаются заметно ниже значений как колебательной, так и электронной температуры даже для токов в десятки ампер, плазма в разрядном канале остается неизотермической, ее проводимость определяется не температурой газа, а концентрацией электронов.

Концентрация положительных ионов измерялась зондовым методом, концентрация электронов - по штарковскому уширению линии 1[р (Л = 486.1 им). Результаты спектроскопических измерений согласуются с зондовыми (рис.10 б), свидетельствуя о малой доле отрицательных ионов. Концентрации заряженных частиц в анодной и катодной струях и по длине капала отличаются не более чем в два раза, позволяя, подобно электрическому полю и температуре газа, оперировать значением средней концентрации. Значения концентрации изменяются пе пропорционально разрядному току из-за роста сечения разрядного канала, а приблизительно как корень квадратный из тока. Абсолютные значения концентрации для Ро =10? в исследованном интервале токов лежат в диапазоне 1013-1014 см"3.

В целом протяженные плазменные каналы за приэлекгродными областями представляют собой среду с малым изменением характерных параметров плазмы E/N, n/N, Tg.

В четвертой главе диссертации рассмотрены результаты экспериментальных исследований поперечного и продольного разряда постоянного тока в гиперзвуковом потоке, создаваемом в аэродинамической трубе, и проведено их сравнение с результатами экспериментов в сверхзвуковых струях. На основе этих данных построены кинетическая и газодинамическая модели разряда. Кроме того, рассмотрено применение поперечного и продольного разрядов для воспламенения сверхзвукового потока углеводородно-воздушпой смеси.

Эксперименты проводились на гиперзвуковой аэродинамической установке (ГАУ) Института механики МГУ для М = 6. Однородный поток позволил проанализировать в корректных условиях структуру свечения поперечного тлеющего разряда в гиперзвуковом потоке и переход разряда из тлеющего в дуговой режим. Структура свечения поперечного разряда при токах менее 0.5 А отражает все особенности, характерные для тлеющего разряда в режиме нормальной плотности тока: наблюдаются области отрицательного свечения и темного фарадеева пространства, изменение площади катодного пятна с изменением тока, близость плотности тока на катоде к нормальной.

Дальнейший рост тока приводит сначала к сокращению, а затем исчезновению фарадеева пространства, стягиванию поперечного размера катодной области до размеров, близких к диаметру разрядного канала. Падающий участок усредненной во времени ВАХ сменяется на растущий, соответствующий аномальному режиму, затем разряд переходит в дуговой режим. Об этом свидетельствуют и измеренные зависимости продольного электрического поля от разрядного тока. В области малых токов / ~ 10"' А напряженность электрического поля приближается к величине порядка одного киловольта на сантиметр, однако увеличение тока в несколько раз приводит к падению Е па порядок - до значений в десятки вольт па сантиметр. При этом зависимость Е(Г) для М = 6 при близких значениях статического давления качественно и количественно близка к аналогичной зависимости в сверхзвуковой струе с М = 2. Величина поперечного размера разрядного капала слабо зависит от числа Маха и режима питания разряда и в основном определяется величиной статического давления и разрядного тока. Она растет с ростом тока, не отличаясь в этом смысле от зависимости d(I) для дуг в неподвижном газе. Исследованы также характеристики продольного разряда в гиперзвуковом потоке. Найденные значения среднего по длине электрического поля и диаметр капала близки к значениям в поперечном разряде.

На основании экспериментальных данных, полученных для разряда в сверхзвуковой струе и гиперзвуковом потоке, были построены простые модели разряда в потоке газа.

В кинетической модели рассматривался продольный разряд в квазиодпомерном приближении. Газодинамическая и электрическая части задачи были значительно упрощены: продольная скорость газа и статическое давление в плазме разряда полагались равными скорости и давлению набегающего потока, рассматривалась квазипейтральпая плазма с П-образным радиальным распределением плотности тока по каналу разряда. 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. Численные расчеты, проведенные как для гиперзвукового (М=6), так и для сверхзвукового (М=2) потока при параметрах, близких к условиям экспериментов, показали, что в обоих случаях в канале разряда возникают две области. Первая, передняя область, относительно короткая (протяженностью в единицы миллиметров), и характеризуется большими градиентами всех величии. Именно в этой зоне осуществляется основной энерговклад. Это связано с тем, что плотность поступающего в область переднего электрода холодного воздуха падает в результате его нагрева. В слабоионизоваиной плазме, проводимость сг которой обратно пропорциональна плотности газа, это приводит к максимальной мощности джоулева нагреваj / а в приэлектродных областях.

Вторая зона занимает весь остальной объем канала, скорости изменения параметров плазмы в ней значительно меньше. Таким образом, предложенная модель отражает основные особенности разряда, наблюдаемые в эксперименте - быстрый нагрев и наличие протяженной области плазмы с малым изменением параметров.

В рамках модели были проведены расчеты для «теплого» потока, более приближенные к натурным условиям. Они показали, что основная особенность разряда в аэродинамических трубах связана с криогенной температурой набегающего потока: при изобарическом нагреве газа до определенной температуры в первоначально холодном потоке происходит гораздо большее разрежение, чем в теплом. В результате в теплом потоке относительно ниже значения E/N, ниже уровень электронной температуры, меньше электропроводность, и все процессы идут не так интенсивно, как в криогенном потоке.

Двухмерная газодинамическая модель разряда в сверхзвуковом потоке построена при существенном упрощении кинетической и электрической частей задачи. Для определения структуры течения и значений газодинамических параметров, как правило, достаточно провести расчет в рамках упрощенной модели, описывающей лишь энергетику процессов. Модель опирается на характерные особенности разряда в сверхзвуковом потоке, имеющие место в эксперименте: быстрый нагрев воздуха в приэлектродных областях и невысокие значения приведенного электрического поля в протяженных разрядных каналах за ними. Малость характерного времени нагрева по сравнению с газодинамическими временами позволяет применить к разряду модель теплового источника, построенную на основе уравнений газовой динамики, дополненных соотношением, определяющим внешний подвод энергии. Удельный энерговклад в поток в ней является заданной функцией координат и времени. Численные расчеты проводились в Институте механики МГУ.

Принципиальной чертой модели является то, что длина теплового источника существенно меньше протяженности разрядного капала. С одной стороны, это обусловлено тем, что механизм быстрого нагрева приводит к перераспределению мощности джоулева нагрева в головную часть канала (аналогично результату кинетической модели). Однако, несмотря на такое перераспределение, температура в модели протяженного источника растет вдоль потока прямо противоположно данным эксперимента. Поэтому физической основой малой протяженности зоны энерговклада является тот факт, что при наблюдаемых значениях E/N в протяженных разрядных каналах доля энергии, идущей в быстрый нагрев, очень мала. Предположение о сферической геометрии источника оказывается неприемлемым: возникающий пик давления приводит к значительному ускорению газовых частиц в следе, не наблюдаемому в эксперименте. Снизить пик позволяет модель разряда с короткой, но эллипсоидальной зоной теплоподвода.

Подробные двухмерные численные расчеты для условий эксперимента (с числом Маха потока М = 2, температурой Т = 166 К, плотностью р - 0.27 кг/м \ скоростью и = 518 м/сек при давлении р = 97 Тор) были проведены на основе уравнений Навье-Стокса. Расчеты в плоском случае показали, что при типичных значениях мощности энерговклада Wt0, влиянием эффекта струи и газодинамическим взаимодействием разрядных каналов па величину максимально достижимой температуры можно пренебречь. Осесимметричная газодинамическая модель разряда с размещением источника тепла эллипсоидальной формы в головной части разрядного капала позволила получить согласие аксиальных распределений температуры и скорости потока с экспериментом.

Расчеты показали, что заметное изменение параметров течения в разрядной зоне имеет место, если отношение подводимой тепловой мощности порядка и выше потока энтальпии набегающего газа через характерное сечение теплового источника. С физической точки зрения это означает, что чем выше плотность тока в разряде, тем до большей температуры можно нагреть поток. Поэтому для тлеющего разряда в режиме нормальной (т.е. минимальной) плотности тока нагрев газа невелик, а существенный нагрев сверхзвукового потока реализуется при переходе разряда в сильноконтрагированный (дуговой) режим. С точки зрения нагрева разряд, питаемый стационарным источником, не является оптимальным, т. к. протяженные части разряда вдоль потока расходуют электрическую энергию, но мало способствуют нагреву газа. Одним из способов повышения эффективности является импульсно-периодический вклад энергии.

В рамках модели было проведено сравнение разрядов в гипер- и сверхзвуковом потоках. Результаты показали, что для тепловых источников одинаковой геометрии размер поперечного сечения температурного следа не зависит от числа Маха. При одном и том же значении энерговклада температура следа существенно ниже при больших числах Маха.

Наличие в разряде короткой головной зоны одновременно быстрого нагрева газа и интенсивного протекания реакций ставит вопрос о роли теплового механизма в случае воспламенения топливно-воздушных потоков. Для изучения его вклада экспериментально и теоретически была исследовано воспламенение предварительно перемешанного сверхзвукового потока пропан-воздушной смеси импульсным дуговым разрядом. Эксперименты проводились в сверхзвуковом (М и 2) аэродинамическом канале в диапазоне статических давлений от 40 до 600 Тор. Канал включал устройство для предварительного перемешивания смеси, блок ввода в канал электродов, зону внезапного расширения и секцию, в которой происходило воспламенение и горение смеси и осуществлялось измерение параметров плазмы. Для воспламенения потока применялись продольный и поперечный импульсные разряды в диапазоне токов / = 2 - 40 А и длительностей импульсов т= 50 - 1000 мкс. Весовое соотношение пропана к воздуху не превышало в условиях экспериментов 7%.

Для определения факта воспламенения потока использовались два независимых метода. В первом проводилась регистрация излучения наиболее интенсивной системы полос радикала СН с максимумом при А,=431,5 им, соответствующей переходу 2Д-> 2П, во втором - регистрация заряженных частиц (электронов, ионов) с помощью электрического зонда. Измерения проводились на большом (существенно превышающем протяженность разряда) расстоянии от электродов вниз по потоку. Для дополнительной проверки, в случае идентификации воспламенения этими методами, по полосе CN (с X = 388,3 им) была оценена температура потока, показавшая, что эта величина « 3000 К, что близко к температуре горения пропан-воздушной смеси.

Для импульсного поперечного разряда экспериментально была определена зависимость минимальной длительности импульса, необходимой для воспламенения потока, от разрядного тока. Эксперимент показал, что с уменьшением тока минимальная длительность импульса, обеспечивающая воспламенение, увеличивается, наблюдается порог по току. При этом границе воспламенения соответствует примерно постоянная величина вложенной в разряд энергии Wnopof*(I U т)пп]ю,. Для прямой проверки этого заключения был использован импульсный продольный разряд: при неизменной величине разрядного тока I и длительности импульса г должна существовать длина разряда. определяющая U, а вместе с ним и IVпоро,), ниже которой воспламенение не произойдет. Эксперимент показал, что при уменьшении межэлектродпого промежутка ниже определенной величины воспламенение действительно не имеет места, причем граничное значение энергии, вложенной в продольный разряд, близко к значению энергии, необходимой для воспламенения поперечным разрядом.

В питой главе диссертации исследована релаксация плазменных образований, возникающих при иижекции импульсных плазмспппых струй в затопленное пространство и сверхзвуковой поток. Эксперименты выполнены в широком диапазоне как скоростей иижекции - от гиперзвуковых до дозвуковых, так и давлений затопленного пространства -от единиц Тор до атмосферного.

Истекающие в атмосферу плотные импульсные плазменные струи хорошо известны как мощный источник излучения в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектра. Вместе с тем процесс истечения сопровождается формированием устойчивых плазменных образований типа шара или тора со временем жизни, существенно превышающим время энерговклада. Однако механизмы образования и существования таких структур не были установлены.

Анализ динамики плазменных струй в этих экспериментах был проведен в рамках теории турбулентных газовых струй. Известно, что на начальной стадии истечения дозвуковых турбулентных струй образуются тонкие вихревые кольца, па поздней -компактные торы. Обобщение этого подхода на случай сверхзвуковых скоростей истечения позволило предложить количественный критерий, описывающий тип возникающей структуры. Наблюдавшиеся в экспериментах картины процесса истечения качественно и количественно согласуются с этим критерием. Учитывая, что критерий зависит не только от удельной мощности энерговклада, по и времени энерговклада, средней скорости истечения плазмы, диаметра струи, плотностей газа в затопленном пространстве и камере плазмотрона, можно предположить, что управление формой плазменного образования (а, следовательно, и длительностью его существования) можно осуществлять вариацией этих параметров.

Эксперименты проводились в вакуумной камере длиной 1.5 м и диаметром 0.6 м, позволяющей варьировать давление воздуха от атмосферного до 4 тор. Разрядная камера плазмотрона представляла собой цилиндр диаметром 20 мм, V = 2.5 см3, непосредственно сообщающийся с затопленным пространством. Плазмотрон подключался к накопителю, представляющему собой искусственную линию из четырех секций. Изменение числа секций т позволяло менять длительность эиерговклада. Величина удельного энерговклада не превышала 0.1 кДж/см3, т.е. была существенно ниже, чем в экспериментах с мощными импульсными струями, истекающими в атмосферу.

Основное внимание уделялось изучению газодинамической структуры струи прибором Теплера ИАБ-451, динамика светящихся областей плазменной струи исследовалась с помощью сверхскоростной фоторегистрации (СФР-2М, ВФУ-1).

Анализ теневых фотографий показал, что на стадии энерговклада реализуются газодинамические структуры, характерные для стационарного истечения в затопленное пространство. Это свидетельствует о том, что газодинамическое время формирования структур меньше времени эиерговклада в разряд, подтверждая предположение о возможности применения подходов стационарных турбулентных струй к импульсным источникам в рассматриваемых условиях. На основании экспериментальных данных можно выделить две области давлений - меньше 10 тор- режим, близкий к истечению в вакуум, больше 100 тор - случай, близкий к истечению в атмосферу. В области давлений 10l< р < 102 тор реализуется переходной режим. Отличием истечения в атмосферу от вакуумного случая является стабилизация как продольных, так и поперечных размеров на поздних стадиях истечения. К концу первого периода эиерговклада (/« 400 мкс, рис. 13) контактная поверхность при всех давлениях представляет собой зону турбулентного перемешивания плазмы и газа с ярко выраженным вихреобразованием, подтверждая предположение об развитии неустойчивости Кельвина - Гельмгольца, положенной в основу модели.

После завершения энерговклада в голове струи начинает формироваться плазменная структура, близкая к шарообразной ((»800 мкс). На существенно более поздних временах такая структура выражена уже вполне отчетливо. Однако в случае одной секции (т.е. при существенно меньшей длительности энерговклада) для атмосферного давления затопленного пространства на поздних стадиях истечения формируется грибообразная конфигурация.

Результаты систематических измерений показали, что в широком диапазоне величин вложенной мощности (Р « 1 - 102МВт), диаметров сопла (do «5-40 мм) и плотности газа в камере плазмотрона (ро ~ 1 - 15кг/м3) рассчитанные значения z« удовлетворительно соответствуют экспериментальным, а наблюдаемая форма плазменного образования на поздних стадиях истечения коррелирует с критерием Z.

Параметры плазменной струи исследовались в зависимости от стадии истечения (времени от начала энерговклада и расстояния от сопла) тремя методами: спектроскопическими, зопдовым и методом отсечки СВЧ-волны длиной Л=8 мм.

Для создания импульсных плазменных струй, инжектируемых в атмосферу со сверх- и гиперзвуковой скоростью, использовался емкостной накопитель энергии установки «Фотон» емкостью 144 мкФ и напряжением до 25 кВ. Разрядная камера плазмотрона после предварительной откачки наполнялась ксеноном до давления 1 атм. В случае сверхзвукового истечения максимальное значение тока составляло « Ю кА, величина вложенной в разряд энергии « 1 кДж, а начальная скорость потока «1 км/с. Для создания гиперзвуковой плазменной струи использовался кумулятивный плазмотрон конической геометрии. При этом максимальное значение тока составляло « 110 кА, величина вложенной в разряд энергии « 10 кДж, начальная скорость потока в этом случае могла достигать 30 км/с.

Результаты измерений температуры, концентрации и аксиальной скорости движения плазменных образований позволили описать картину релаксации кинетических параметров, попять различие во времени жизни шарообразных и тороидальных плазменной структур, а также влияние скорости ипжекции на время жизни плазмоида. Оно целиком связано с турбулентным перемешиванием плазмы с окружающим воздухом.

Основным процессом ионизации в воздухе в данном диапазоне температур является реакция N + 0->N0*+e. Обмен энергией между компонентами плазмы происходит на два-три порядка быстрее, чем характерное время изменения температуры, обеспечивая близость температур Tg,Te,Tv в процессе остывания плазмоида.

Подтверждением этому служит малое отличие измеренных значений Те (по относительным интенсивностям линий Си!) и Tv (по CN). Таким образом, остывание тора происходит в условиях, близких к локально термодинамически равновесным, что позволяет оцепить по измеренной зависимости we(t) временной ход температуры в плазмоиде. При температурах <5 кК реакция N + О <-» NO+ + е заметно сдвигается в сторону рекомбинации. Дальнейшее уменьшение температуры (до 4 кК) обусловливает резкое падение скорости ионизации и гибель заряженных частиц в диссоциативной, а затем в тройной рекомбинации с участием в качестве третьей частицы электрона или молекулы N2.

Тем самым время существования заметной концентрации заряженных частиц в плазмоиде определяется временем достижения критической температуры 4 кК и, следовательно, время жизни плазменной структуры контролируется ее газодинамикой. Существенно большее газодинамическое время перемешивания для тонкого кольца определяет и большее время его жизни, наблюдаемое в эксперименте.

Влияние газодинамики наглядно демонстрируется па примере кумулятивного плазмотрона, где скорость потока плазмы на порядок выше при одинаковой шарообразной форме плазмоида, соответствующей случаю Z »1 (рис.16 б.) Характерное

12 1 время, соответствующее уменьшению пепшх до уровня -10 см"', при высокой скорости истечения (2) составляет менее 0.4 мс, тогда как в сверхзвуковом случае (1) это время в несколько раз больше.

Параметры плазмы были также измерены в дозвуковой импульсной струе, создаваемая слаботочным капиллярным плазматроном. В такой струе за счет малой скорости (<150 м/с) неустойчивость сдвиговых течений не развивается и истечение носит ламинарный характер. В этом дозвуковые режимы ипжекции существенно отличаются от сверхзвуковых, в которых неустойчивость Кельвина-Гельмгольца приводит к турбулизации, решающим образом влияя на основные процессы. При этом на относительно поздних стадиях развития струи (больших z) сохраняются достаточно высокие значения концентрации заряженных частиц.

Таким образом, для увеличения длительности существования плазменного образования необходимо инжектировать плазму с малыми скоростями, чтобы снизить турбулентный тепломассоперенос. Однако это свидетельствует также о том, что возможность быстрой транспортировки автономных плазменных образований в неподвижной атмосфере на значительные расстояния в данной постановке весьма проблематична.

В тестой главе описаны разработанные для условий экспериментов методы обработки зондовых характеристик для неподвижной и движущейся плазмы.

Слабоионизованная плазма в условиях газодинамических возмущений характеризуется неравновесностыо, неоднородностью и нестациопариостыо своих характеристик. Именно метод зондов, позволяющий проводить локальные измерения с высоким временным разрешением в широких диапазонах давлений и концентраций заряженных частиц, эффективен в этом случае. При этом прямое применение известных методик невозможно из-за промежуточных режимов сбора электронов и ионов зондом но плотности нейтрального газ, или плотности заряженных частиц в гидродинамическом режиме. Нестационарпость требует экспресс-методов обработки, одновременно учитывающих иеравновесность функции распределения электронов по энергиям; воздух, как рабочий газ, требует учета отрицательных ионов и т.п.

В случае плазмы с неравновесной ФРЭЭ для области низких и промежуточных давлений предложен и апробирован экспресс-метод определения средней энергии электронов без измерения ФРЭЭ. Для широкого класса функций распределения (от монокинетического распределения до распределения, соответствующего случаю вырожденного ферми-газа, а также функций с отрицательной дифференциальной температурой) показано, что близость измеренной вблизи потенциала пространства температуры к эффективной температуре электронов является свойством функционала, описывающего зависимость электронного тока на зонд от его потенциала. В типичном для слабоионизованной плазмы классе ФРЭЭ /o(s) = С\ (exp[-(s/s«)k] ошибки измерений не превышают 25 %. Показана применимость методики не только при низких, но и повышенных давлениях.

Показана возможность оценки частот неупругих процессов из электронного тока при потенциале, равном порогу процесса. Для инертных газов знание суммарной частоты неупругих процессов вместе с концентрацией электронов позволяет оценить величину концентрации возбужденных атомов на резонансных и метастабильных уровнях. Предложен и апробирован в плазме ВЧ разряда метод определения ФРЭЭ из электронной ветви ВАХ зонда как решения некорректно поставленной задачи на множестве монотонных ограниченных функций. Метод эффективен для случаев, когда применение стандартных методов измерения ФРЭЭ затруднено (ВЧ или шумящей плазмы, когда необходимо увеличение рабочей поверхности зонда или плазмы повышенного давления). Обобщено выражение для дебаевского радиуса экранирования на случай неравновесной ФРЭЭ и показано влияние вида ФРЭЭ на величину ионного тока. В области промежуточных давлений экспериментально исследоваио влияние конечного числа столкновений на ионную часть ВАХ одиночного зонда и предложена методика определения концентрации ионов в этих случаях.

Экспериментально, на примере сильно неизотермической (Тс/Т » 102) плазмы НЧ разряда низкого давления в смеси Ar+CFjBr показано, что даже в случае весьма высокой доли отрицательных ионов (п+/пе«102) уменьшение величины тока положительных ионов на цилиндрический зонд не превышает «3 раз.

В седьмой главе обоснована методика применения зондов для диагностики электрических разрядов в сверхзвуковых потоках воздуха и плазменных струй.

Для измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) зонда были разработаны и апробированы автоматизированные схемы с оптической развязкой, позволяющие проводить быстрые измерения ВАХ. Для движущейся плазмы экспериментально и теоретически исследован вид ионной части ВАХ зонда в гидродинамическом режиме при существенном отклонении от классического случая насыщения с бесконечно малым размером дебаевского слоя. Результаты измерений для продольного и поперечного зондов в плазме импульсных струй, инжектированных в сверхзвуковой поток, удовлетворительно согласуются с результатами численных расчетов для условий экспериментов. Показаны пределы применения классического случая по отношению размеров дебаевского и диффузионного слоев.

Заключение диссертации по теме "Физика плазмы"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполнено комплексное, систематическое исследование взаимодействия УВ с тлеющим разрядом в воздухе и атомарных газах в широком диапазоне разрядных токов и давлений газа. На основе сопоставления результатов экспериментов с расчетами распространения плоской УВ по идеальному газу показано, что ускорение УВ в исследованном диапазоне целиком может быть объяснено в рамках задачи о взаимодействии УВ с тепловой неоднородностью -в диффузионном режиме разряда в рамках одномерного, в коптрагированном -двумерного приближения.

3. Проведено комплексное исследование свободногорящих разрядов с самоустанавливающейся длиной дуги в сверх- и гиперзвуковых потоках воздуха в широком диапазоне разрядных токов. Показано, что поперечный разряд в потоке является разрядом, неустойчивость которого нельзя стабилизировать внешней цепью и который отражает принципиально нестационарный характер протекания электрического тока поперек сверхзвукового газового потока. Выявлены два типа неустойчивости поперечного разряда в потоке: а/ неустойчивость, определяемая внешней электрической цепыо и б/ неустойчивость, определяемая механизмом повторных пробоев - в случае генератора тока. Вне зависимости от типа разряда (тлеющий, дуговой) реализуется близкий к колебательному режим горения, период которого определяется внешними параметрами - значениями давления, тока, межэлектродного расстояния, режимом питания разряда. Показано, что характерной особенностью поперечного разряда является возникновение вдоль потока пространственной структуры разрядного капала, имеющей стационарную и периодически повторяющуюся части. Показано, что поток приводит к формированию двух различных зон за электродами: короткой головной, где быстро нарастают ионизация, возбуждение и нагрев газа, и протяженного «следа» пониженной плотности с медленным изменением параметров: пе> E/N, Т%. Измерены зависимости этих параметров от разрядного тока.

5. Показана возможность описания импульсных плазменных струи, инжектируемых в атмосферу, в рамках теории турбулентных газовых струй и релаксации локально термодинамически равновесной плазмы. Время существования заметной концентрации электронов в автономном плазменном образовании контролируется его газодинамикой. Экспериментально показано, что управление формой плазменного образования, возникающего при импульсном истечении плазмы в затопленное пространство, может осуществляться путем изменения как удельного энерговклада, так и длительности энерговклада, плотности газа в затопленном пространстве и др. Для увеличения длительности существования таких образований целесообразно вдувать плазму с возможно меньшими скоростями, чтобы снизить турбулентный тепломассоперепос.

6. Разработаны методы экспресс-диагностики неподвижной плазмы с помощью электрического зонда в условиях перавповесности ФРЭЭ, влияния столкновений и наличия отрицательных ионов. Предложен и апробирован метод определения ФРЭЭ из электронной ветви ВАХ зонда как решения некорректно поставленной задачи на множестве монотонных ограниченных функций.Апробирована методика определения концентрации заряженных частиц в быстрых потоках плазмы с помощью электрического зонда в гидродинамическом режиме.

БЛАГОДАРНОСТИ

В заключение хочу выразить глубокую благодарность научному консультанту работы, профессору А.Ф.Александрову за постоянную поддержку работы и плодотворное обсуждение полученных результатов; профессору В.М.Шибкову и доценту Черникову В.А. за неоценимую помощь в проведении экспериментов. Хочу поблагодарить теоретиков, оказавших большую помощь в сравнении экспериментов с расчетами: академика В.А.Левина, в.н.с. В.Г.Громова, с.н.с П.Ю.Георгиевского (Институт механики МГУ); профессора Пытьева Ю.П., профессора Яголу А.Г. и в.н.с. А.В.Гончарского (Физический факультет МГУ), и.с. П.А. Войповича (ЛФТИ им.Иоффе), д.ф.м.н. Н.В.Арделяна и д.ф.м.н. С.Н.Чувашева (факультет ВМК МГУ).

Благодарю всех сотрудников кафедры физической электроники, в той или иной мере способствовавших выполнению данной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ к ГЛАВЕ VII.

1. Разработана и апробирована схема измерений ВАХ двойного зонда с оптической развязкой в плазме поперечного разряда в сверхзвуковом потоке.

2. Экспериментально и теоретически исследован вид ионной части ВАХ зонда в гидродинамическом режиме в движущейся плазме при отклонении от классического случая насыщения с бесконечно малым размером дебаевского слоя. Показаны пределы отношения размера дебаевского слоя по сравнению с размером диффузионного слоя, при которых иоипый ток на зоид может оцениваться на основе классического случая насыщения с бесконечно малым размером дебаевского слоя.

3. Показано, что зонд является удобным инструментом диагностики плазменных струй, инжектируемых в затопленное пространство и сверхзвуковой поток. Высокая температура газа играет положительную роль с двух точек зрения: а) обеспечивает дозвуковой режим обтекания, б) приводит даже при высоких скоростях плазмы к небольшим значениям электрического числа Рейнольдса. При относительно высоких значениях концентрации заряженных частиц это обеспечивает применимость простых аналитических формул для ионного тока насыщения с небольшой погрешностью. Осложняющим фактором является турбулентность плазменных струй. По-видимому, из-за нее экспериментальные токи на продольный и поперечный зонды отличаются меньше, чем рассчитанные в ламинарных потоках. Это может быть следствием того факта, что в эксперименте режим истинно продольного зонда не достигается: для этого необходимо обеспечить малую турбулентность и высокую параллельность потоку. В силу этого продольные зонды, по-видимому, менее применимы для диагностических целей.

4. Зонды применимы для дугового разряда в сверхзвуковых потоках, однако их применимость при небольших значениях разрядного тока (тлеющего режима разряда) существенно ограничена. Уменьшение тока приводит к уменьшению диаметра разрядного канала, падению концентрации, снижению температуры газа, росту собственного электрического поля разряда. Все эти факторы усложняют как трудности измерения, так и интерпретации ВАХ зондов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Ершов, Алексей Петрович, Москва

1. Чутов Ю.И. Экспериментальное исследование ударных волн в частично ионизованной газоразрядной плазме. Жури, прикл. мех. техн. физ. 1970. №1. с. 124129.

2. Чутов Ю.И., Жовтянский В.А., Подольский В.Н. Исследование движущейся плазмы в электрической ударной трубке с импульсным напуском газа //ЖТФ. 1978. Т. 48. №Ц. С. 2295-2300.

3. Чутов Ю.И., Подольский В.Н., Панкин В.Ю. Масс-спектрометрическое исследование предвестника в наполненной азотом электрической ударной трубке //ЖТФ. 1982. Т.52. №10. С. 1972 1978.

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

5. Климов А.И., Коблов A.M., Мишин Г.И. и др. Распространение ударных волн в распадающейся плазме // Письма в ЖТФ. 1982. Т.8. №9. С. 551 554.

6. Горшков В.А., Климов А.И., Коблов A.M. Распространение ударных волн в плазме тлеющего разряда при наличии магнитного поля. ЖТФ. 1984. т.54. №5. с.995-998.

7. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Распространение ударных волн в плазме поперечно и продольно ориентированного тлеющего разряда. Препринт №880 ФТИ АН СССР. Л. 1984. 22 с.

8. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Распространение ударных волн в плазме поперечного тлеющего разряда в аргоне // Письма в ЖТФ. 1985. T.l 1. №4. С. 209 215.

9. Мишин Г.И. Ударные волны в слабоионизовапной неизотермической плазме //Письма в ЖТФ. 1985. T.l 1. №5. С. 274 -278.

10. Басаргин И.В., Мишин Г.И. Зоидовые исследования ударных волн в плазме поперечного тлеющего разряда// Письма в ЖТФ. 1985. T.l 1. №21. С. 1297 -1303.

11. П.Горшков В.А., Климов А.И., Мишин Г.И. и др. Особенности поведения электронной плотности в слабоионизовапной неравновесной плазме при распространении в ней ударной волны //ЖТФ. 1987. Т. 57. №10. С. 1893 1898.

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

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

14. Н.Бархударов Э.М. Плазменные и газодинамические явления, связанные с импульсным выделением лазерной и электрической энергии // Диссертация па соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Тбилиси, 1992.

15. Александров А.Ф., Видякин Н.Г., Лакутин В.А. и др. О возможном механизме взаимодействия ударной волны с распадающейся плазмой лазерной искры в воздухе // ЖТФ. 1986. Т.56. №4. С. 711 714.

16. Скворцов М.Г. Взаимодействие ударных волн с пространственно-ограниченной плазмой. Дис. канд. физ,- мат. наук. М. МГУ. 1986. 148 с.

17. Галкин A.M., Сысоев Н.Н., Шугаев Ф.В. О распространении ударных волн через неоднородную область, созданную углеродным факелом. ЖТФ. 1986. Т.56. №3. С.596-598.

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

19. В.НЛяхов, В.В.Подлубный, В.В.Титаренко. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций. М.: Машиностроение. 1989. 392 с.

20. Haas J., Sturtevant В. Shock-induced deformation and mixing of a helium sphere immersed in air // Phys. Fluids. 1986. V.29. №9. P.2772.

21. Завершииский И.П., Коган Е.Я, Моисеев С.С. Ионизационная вторая вязкость в плазме и эволюция акустических волн.// Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. №16. С. 1483 -1486.

22. Евтюхин Н.В., Марголин А.Д., Шмелев В.М. О природе ускорения УВ в плазме тлеющего разряда.//Химическая физика. 1984. Т. 3. № 9. СС. 1322-1327.

23. Евтюхин Н.В., Марголин А.Д., Шмелев В.М. Взаимодействие УВ с колебательно возбужденным газом.//Химическая физика. 1985. Т.4. № 9. с. 1276-1280.

24. Осипов А.И., Уваров А.В. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесной молекулярной плазме. УФН. 1992. Т. 162. №11. С. 1-42.

25. Встовский Г.В., Козлов Г.И. Распространение слабой ударной волны в колебательно неравновесном газе. ЖТФ. 1986. Т.56. N8. С. 1536-1542.

26. Войиович П А., Фурсенко А.А., Юферев С.В. Моделирование взаимодействия ударных волн в газах с пространственными неодпородностями параметров//Препринт № 1321. Л.: ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР, 1989. 40 с.

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

28. Рухадзе А.А., Теселкин С.Ф. О структуре возмущения слабоионизованной плазмы // ЖТФ. 1982. Т.52. №11. С.2129 2133.

29. Данилов А.В., Теселкин С.Ф. Механизм образования предвестника ударной волны, распространяющейся по слабоионизованной неизотермической плазме.// Вести. МГУ. Сер. физ., астроном. 1981. Т. 25. № 5. С. 121-125.

30. Теселкин С.Ф. Динамика и структуры заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме. Дис. к.ф.м.-н. М. МГУ. 1984. 156 с.

31. Теселкин С.Ф. Предвестник ударной волны в плазме с источником температурной неравповесности.// В сб.: Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах //Под ред. A.M. Прохорова. М.: МГУ, 1986. С. 99-100.

32. Быстров С.А. Распространение плоских ударных волн в слабоионизованной плазме поперечного емкостного ВЧ разряда. Дис. к.ф.м.-н. М. МГУ. 1991. 132 с.

33. Алферов В.И., Дмитриев Л.М. Электрический разряд в потоке газа при наличии градиентов плотности // ТВТ. 1985. Т. 23. №4. С. 677 682.

34. Найдис Г.В. Пространственное распределение параметров плазмы вблизи фронта ударной волны в газовом разряде // ТВТ. 1991. Т. 29. №1. С. 15 20.

35. Андреев Е.А., Бычков В.Л., Кузнецов Н.М. Кинетические эффекты при взаимодействии ударных волн с газовым разрядом. Химическая физика. 1988. Т.7. №11. С.1538-1540.

36. Гридин А.Ю., Климов А.И., Мишин Г.И. Структура ударной волны в плазме нестационарного тлеющего разряда с ультрафиолетовой подсветкой // Письма в ЖТФ. 1990. Т.16. №8. С. 30 -33.

37. Мишин Г.И., Климов А.И., Гридин АЛО. Измерения давления и плотности в ударных волнах в газоразрядной плазме. Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17. №16. С. 84 -89.

38. Мишин Г.И., Климов А.И., Гридин АЛО. Отражение ударной волны от плоской стенки в слабоионизоваином воздухе. Письма в ЖТФ. 1992. Т. 18. №6. С. 52 -59.

39. Золотарев В.О., Мишаков В.Г., Эйхвальд А.И. Об особенностях ударных волн в неоднородной плазме газового разряда. Тез. Докл. VIII Всес.конф. по физике низкотемпературной плазмы. Минск. 1991. Ч.З с.75-76.

40. Чутов Ю.И., Подольский В.Н., Брайон Д.А. Некоторые особенности фронта взрывной волны в газоразрядной плазме. Тез. докл. Всес. семинара «Взаимодействие акустических волге с плазмой». Ереван, 1991.C.96-98.

41. Бабаева Н.Ю. Моделирование газодинамических явлений в неравновесной плазме тлеющих и СВЧ разрядов. Дис. к.ф.м.-н. М. ИВТ РАН. 1993. 175 с.

42. Войтенко А.Е., Любимова М.А., Соболев О.П., Сынах B.C. Градиентное ускорение ударной волны и возможные применения этого эффекта. Препринт ИЯФ СО АН СССР № 14-70. 1970.

43. Найдис Г.В., Румянцев С.В. О движении ударной волны через тепловую неоднородность // ТВТ. 1987. Т.25. №2. СС. 389 390.

44. Войнович П А., Евтюхин Н.В., Жмакин А.И. и др. Расслоение ударных воли в неоднородных средах. Физика горения и взрыва. 1987. №1. СС.77-80.

45. Войнович П А., Жмакин А.И., Фурсенко А.А. Моделирование взаимодействия ударных волн в газах с пространственными неоднородпостями параметров. ЖТФ. 1988.Т.58. №7.С.159-168.

46. Ким А.Е., Раевский Д.К. Распространение ударной волны через область нагретого газа. //Препринт №2-250. М.: ИВТАН, 1988. 15 с.

47. Раевский Д.К. Взаимодействие ударных волн и низкотемпературного потока газа с разноплотпыми средами и выемками на поверхности тела. Автореферат диссертации на соискание уч. степени к.ф.-м.н. М. ИВТАН. 1989. 19 с.

48. Ganguly B.N., Bletzinger P., and Garscadden A. Shock Wave Damping and Dispersion in Nonequilibrium Low Pressure Argon Plasmas. Physics Letters A V.230, 1997. PP.218 -222.

49. Bletzinger P., Ganguly B.N. Local Acoustic Shock Velocity and Shock Structure Recovery Measurements in Glow Discharge. Physics Letters A V.258, 1999. PP.342 -348.

50. Garscadden A., Bletzinger P., and Ganguly B.N. Acoustic Shock Interaction in a Positive Column Plasma. 9lh Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4973,

51. Климов А.И. Сверхзвуковое обтекание тел и распространение ударных волн в слабоионизованной неравновесной плазме. Автореферат диссертации на соискание уч. степени д.ф.-м.н. М. ИВТ АН. 2002.

52. Bytyurin V., Klimov A., Leonov S. et al. Effect of Heterogeneous Discharge Plasma on Shock Wave Structure and Propagation // 9lh Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4940.

53. Bityurin V.A., Lutsky A.E. Numerical simulation of 3D shock interaction with thermal discontinuities. The 2nd Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 5-7 April 2000. P. 279-285.

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

55. Знаменская И.А., Луцкий А.Е., Мурсепкова И.В. Исследование поверхностного энерговклада в газ при инициировании импульсного разряда типа «плазменный лист». Письма в ЖТФ.2004. Т.30.вып.24. СС. 38 42.

56. Macheret S.O., Ionikh Y.Z., Martinelli L. et al. External Control of Plasmas for HighSpeed Aerodynamics. // 9th Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4853.

57. Ionikh Y.Z., Chernysheva N.V., Meshchanov A.V. et al. Direct evidence for thermal mechanism of plasma influence on shock wave propagation/ Physics Letters A 259. 1999. PP.387-392.

58. Ionikh Y.Z., Chernysheva N.V.,Yalin A.P. et al. Shock Wave Propagation through Glow Discharge Plasmas: Evidence of Thermal Mechanism of Shock Dispersion. 38й Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 10-13 January 2000. Reno, NV. AIAA 20000714.

59. Miles R.B., Macheret S.O., Martinelli L. et al. Plasma Control of Shock Waves in Aerodynamics and Sonic Boom Mitigation. 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers

60. Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop, 11-14 June 2001, Anaheim, CA USA, AIAA 2001-3062. 12 p.

61. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. /Под ред.

62. B.А. Фабриканта. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 369 с.

63. Велихов Е.П., Голубев B.C., Пашкин С.В. Тлеющий разряд в потоке газа // УФН. 1982. Т.137. вып.ГСЛ 17-146.

64. Алферов В.И., Бушмин А.С. Электрический разряд в сверхзвуковом потоке воздуха //ЖЭТФ. 1963. Т.44. №.6. С. 1775.

65. Алферов В.И., Бушмин А.С., Калачев Б.В. Экспериментальное исследование свойств электрического разряда в потоке воздуха // ЖЭТФ. 1966. Т. 51, Вып. 5(11).1. C. 1281-1287.

66. Алферов В.И. Исследование структуры электрического разряда большой мощности в высокоскоростном потоке воздуха // Изв. РАН. МЖГ. 2004. №6. С. 163-175.

67. В.М.Шибков, А.Ф.Алексаидров, А.П.Ершов, Л.В.Шибкова. Свободно локализованный сверхвысокочастотный разряд в сверхзвуковом потоке газа // Физика плазмы, 2005. т.31, №9, с.857-864.

68. В.М.Шибков, А.П.Ершов, В.А.Черников, Л.В.Шибкова. Сверхвысокочастотпый разряд на поверхности диэлектрической антенны //ЖТФ, 2005. т.75, вып.4, с.67-73.

69. Gritsinin S.I., Kossyi I.A., Malykh N.I., et al. Plasma coaxial discharge as a new type of the microwave surface wave discharge. -Preprint of Russian Academy of Sci. General Phys. Institute. №1. Moscow, Russia, 1999.

70. Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Стримериый СВЧ разряд в сверхзвуковом потоке воздуха // ЖТФ, 1999, Т.69, №11, с. 14-18.

71. 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.

72. A.Klimov, V.Bityurin, Kuznetsov A. et al. External and Combined Discharge Plasma in Supersonic Airflow //42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 4-8 January 2004, Reno, Nevada, AIAA 2004-0670.

73. Витковский B.B., Грачев Л.П., Грицов H.H. и др. Исследование нестационарного обтекания тел сверхзвуковым потоком воздуха, подогретым продольным электрическим разрядом //ТВТ. 1990. Т.28. №6, с.1156-1163.

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

75. 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.

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

77. Fomin V.M., T.Alziaru de Roquefort, Lebedev A.V., Ivanchenko A.I.Supersonic flows with longitudinal glow discharge // The 3rd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 24 26 April 2001. c.66-72.

78. Mirabo L.N., Raizer Yu.P. Laser-induced air spike for advanced transatmospheric vehicles // 25"' AIAA Plasmadinamics and Lasers Conference, Colorado Springs, USA. 1994/ AIAA Paper 94-2551.

79. Klimov A., Lutsky A. Experimental and numerical investigation of supersonic flow around model N with surface electric discharge// The 3rd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 24 26 April 2001. PP. 93-98.

80. Kolesnichenko Yu.F., Brovkin V.G., Azarova O.A. et al. MW energy deposition for aerodynamic application // 41at Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA, 6-9 Jan. 2003 / AIAA Paper 2003-361. 1 lp.

81. Kolesnichenko Yu.F., Azarova O.A. Brovkin V.G. et al. Basics in Beamed MW Energy Deposition for Flow/Flight Control. 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 5-8 January 11,2004. Reno, Nevada, AIAA 2004-0669. 14 p.

82. Shibkov V.M., Chernikov A.V., Chernikov V.A., Ershov A.P. et al. Surface Microwave Discharge in Supersonic Airflow // The 2nd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 5-7 April 2000. PP. 163-168.

83. Борзов В.IO., Рыбка И.В., Юрьев А.С. Экспериментальное исследование обтекания тел вращения при энергоподводе в набегающий поток //ИФЖ. 1994. Т.66. №5. с.515-520.

84. Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н. и др. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // ДАН. 1996. Т.351,№3.

85. Ganiev Y.C., Gordeev V.P., Krasilnikov A.V. et al. Aerodynamic drag reduction by plasma and hot-gas injection //Journal Thermophysics and Heat Transfer. 2000. V.14.№1. p.10-17.

86. Tretyakov P. Supersonic flow around axisymmetric bodies with external supply of mass and energy // The 2nd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 5-7 April 2000. PP. 128-132.

87. Белоконь B.A., Руденко O.B., Хохлов P.B. Аэродинамические явления при сверхзвуковом обтекании лазерного луча // Акуст. Журн. 1977. Т.23, №4, С.632.

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

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

90. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Управление обтеканием различных тел с помощью локализованного подвода энергии в сверхзвуковой набегающий поток // Известия РАН. МЖГ. 2003. №5. С.152-165.

91. Георгиевский П.Ю. Управление сверхзвуковым обтеканием тел при помощи локализованного подвода энергии в набегающий поток. Автореферат дис. к.ф.м.-н. М. Институт механики МГУ. 2003. 32 с.

92. Knight D., Kuchinskiy V., Kuranov A., Sheikin E. Aerodynamic Flow Control Using Energy Deposition. The 4th Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 9-11 April 2002. PP. 14-30.

93. Зудов B.H., Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Обтекание теплового источника сверхзвуковым потоком // Известия РАН. МЖГ. 2003. №5. С. 140.

94. 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.

95. Klimov A., Bityurin V., Brovkin V. et al. Plasma Assisted Combustion. The 3rd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 24 -26 April 2001. P. 33-37.

96. Bityurin V., Leonov S., Yarantsev D. and Van Wie D. Hydrocarbon fuel ignition by electric disharge in high-speed flow. The 4th Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 9-11 April 2002. P. 200-210.

97. Klimov A.I. External and internal plasma assisted combustion. Int. Symposium "Thermochemical and plasma processes in aerodynamics". St-Petersburg, 15-19 July2002. Holding Company Leninetz. PP.138-146.

98. Jacobsen Lance S., Carter Campbell D., Baurle Robert A., and Jackson Thomas A. Toward. Plasma-Assisted Ignition in Scramjets. Тр. Ill Междуиар. Симп. «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике». С-Петербург. 2831 июля, 2003. С. 103-128.

99. Klimov A.I., Bityurin V.A., Kuznetsov A.S., et al. External and nternal Plasma Assisted Combustion. The 5rd International Workshop on Magneto- and Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 7 10 April 2003. PP. 33-38.

100. Liu JianBang, Ronney Paul D., Wang Fei, et al. Transient Plasma Ignition For Lean Burn Applications. 41st AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 6-9 January 2003, Reno, Nevada, AIAA 2003-877. 6 p.

101. Старик A.M., Титова H.C. Инициирование горения метано-воздушной смеси в сверхзвуковом потоке за УВ при возбуждении молекул О2 лазерным излучением. ЖТФ.2004. Т.74. Вып.9. СС. 15-22.

102. Jiao C.Q., DeJoseph С.A., and Garscadden A. Ionization rates and charge production in hydrocarbon fuels. Тр. Ill Междунар. Симп. «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике». С-Петербург. 28-31 июля, 2003. С. 85-92.

103. Leonov S., Bityurin V., Bocharov A et al. //Discharge plasma influence on flow characteristics near wall step in a high-speed duct. The 3rd Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 24 26 April 2001. P. 58-65.

104. Leonov S.B., Bityurin V.A. Hypersonic/supersonic flow control by electro-discharge plasma application //11th AAAF/AIAA International Conference (Hypersonic 2002) AlAA-2002-5209.

105. Галеев И.Г., Гончаров В.Е., Тимеркаев Б.А и др. Особенности тлеющего разряда в сверхзвуковом потоке газа. ТВТ.1990. т.28.№5. С.843-846.

106. Пащенко II. Т., Райзер 10. П. Тлеющий разряд в продольном потоке газа. Физика плазмы. Т.8. 1982. СС. 1086-1092.

107. 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. PP. 121-128.

108. Витковский В.В., Грачев Л.П., Грицов Н.Н. и др. Экспериментальное исследование электрических разрядов постоянного тока в сверхзвуковых и дозвуковых потоках воздуха// Тр. ЦАГИ. 1991. Вып. 2505. СС.3-27.

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

110. Yu L., Laux С. О., Packan D. М, Kruger С.Н. // J. Appl. Phys. 2002. V.91. PP. 2678.

111. 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.

112. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М. Наука. 1987. 591 с.

113. Велихов Е.П., Ковалев А.С., Рахимов А.Т. // Физические явления в газоразрядной плазме. М., Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987. 160 с.

114. Голубев B.C., Пашкин С.В. Тлеющий разряд повышенного давления. М. Наука. 1990. 335 с.

115. Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Процессы образования и гибели заряженных частиц в азотпо-кислородной плазме. Химия плазмы. Вып. 14 /Под ред. Б.М.Смирнова/. М. Энергоатомиздат. 1987. СС.227-255.

116. Capitelli М., Ferreira С.М., Gordiets B.F. and Osipov A.l. Plasma Kinetics in Atmospheric Gases. Berlin. Springer. 2000.

117. Физико-химические процессы в газовой динамике. Под ред. Г.Г.Черного и С.А.Лосева. Справочник. Т.1. Динамика физико-химических процессов в газе и плазме. М.МГУ.1995.350 с.

118. Surzhikov S.T., Shang J.S. Numerical Simulation of Subsonic Gas Flow with Glow Discharge and Magnetic Fields. Proceedings of the 4th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow, 9-11 April 2002, p.266 -276.

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

120. Glazkov V.V., Ivanov P.P., Sinkevich О.A. et al. Computer Simulation of Laminar Flows in Plasmatrons with variable Arc Length. The 3rd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. Moscow. 24 26 April 2001. P.367-370.

121. Попов H.A. Моделирование продольного тлеющего разряда в потоке горячего воздуха при атмосферном давлении. Физика плазмы. 2006. Т.32. №3. СС.

122. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985.

123. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Физические принципы плазмодинамических сильноточных излучающих систем. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. М. Наука. 1984.

124. Александров А.Ф., Тимофеев И.Б. Плазмодинамические методы формирования мощных световых импульсов // Изв. СО АН СССР. 1984. № 16. Вып. 3. С. 65.

125. Александров А.Ф., Аззеддин Б., Бахгат Ю. и др. Исследование состава струи плотной плазмы в атмосфере//ТВТ. 1985. Т. 23. № 6. С. 1213-1215.

126. Александров А.Ф., Бахгат Ю., Скворцов М.Г. и др. Получение и исследование тороидальных плазменных структур в воздухе //ЖТФ. 1986. Т. 56. № 12. С. 23922396.

127. Андерс А., Андерс С., Тимофеев И.Б., Юсупалиев У. Динамические особенности плотной плазменной струи в атмосфере //ТВТ. 1987. Т. 25. № 3. С. 462.

128. Anders A. Study of an underexpanded Plasma Jet //Contrib. Plasma Phys. 1987. V. 27. №3. P. 203-221.

129. Александров А.Ф., Тимофеев И.Б., Черников B.A., Юсупалиев У. Плазменный тороидальный вихрь в воздухе.// ТВТ. 1988. Т. 26. № 4. С. 639-643.

130. Андрианов A.M., Сипицын В.И. Использование импульсного разряда для моделирования одного из возможных видов шаровой молнии // ЖТФ. 1977. Т. 47. №11. С. 2318 -2321.

131. Александров А.Ф., Тимофеев И.Б., Юсупалиев У. Экспериментальные исследования импульсного истечения плотной плазмы в затопленную среду. Режимы осесимметричного истечения.//ТВТ. 1991. Т. 29. № 1.С. 108-114.

132. Седов Л.Н. Методы подобия и размерности в механике. М. Наука. 1987. 430 с.

133. Anders A. Recombination of a Xenon Plasma Jet //Contrib. Plasma Phys. 1987. V. 27. № 5. P. 373-398.

134. Александров А.Ф., Исаев К.Ш., Черников B.A. Излучение и химический состав эрозионной плазмы, истекающей в воздух.// ТВТ. 1990. Т. 28. № 5. С. 833-842.

135. Авраменко Р.Ф., Бахтин Б. И., Николаева В. И. и др. Исследование плазменных образований, инициируемых эрозионным разрядом. //ЖТФ, 1990. Т.60. Вып. 12. С.57-64.

136. Авраменко Р.Ф., Гридин А.Ю., Климов А. И., Николаева В. И. Экспериментальное исследование взаимодействия энергоемких плазменных образований с УВ и мощным лазерным излучением. //ТВТ. 1993. Т. 31. №1. С.36-42.

137. Avramenko R.F., Gridin A.Yu., Klimov A.I., Nikolaeva V.I. // International Committee on Lightning (ICBL), Netherlads, Article Series Nr. 1993/2, 11 p.

138. Арделян H. В., Камруков А. С., Козлов H. П. и др. МГД-эффекты при взаимодействии с газом эрозионных плазменных потоков //ДАН СССР. 1987 Т 292. № 1.С. 78.

139. Каган Ю.М., Перель В.И. Зондовый метод исследования плазмы. УФН. 1963. Т.81. №3. СС.409 452.

140. Чан П., Тэлбот JI., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме. М.: Мир. 1978.201 с.

141. Чен Ф. Электрические зоны. В кн. Диагностика плазмы. Пер. с англ. Под ред. Р. Хаддлстоуна и С.Леонарда. М. Мир. 1967. СС.94-164.

142. Иванов Ю.А., Лебедев Ю.А., Полак Л.С. Методы контактной диагностики в неравновесной плазмохимии//М.: Наука. 1981. 141 с.

143. Алексеев Б.В., Котельников В.А. Зондовый метод диагностики плазмы. М., Энергоатомиздат, 1988, 240 с.

144. Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы. М. Энергоатомиздат. 1996. 240 с.

145. Тихонов А.Н. ДАН СССР. Об устойчивости обратных задач. 1943. Т.39. №5. СС.195 198; О решении некорректно поставленных задач и методе регуляризации ДАН СССР. 1963.Т.151.№3. СС.501-509.

146. Sonin A.A. Free-molecule Langmuir probe and its use in flowfield studies. AIAA J. 1966.V.4. P. 1588.

147. Laframboise J.G. Theory of spherical and cylindrical Langmuir probes in a collisionless Maxwellian plasma at rest. Report #100 University of Toronto. Institute of Aerospace Studies. 1966.

148. Amemiya H.Probe diagnostics in negative ion containing plasmas. J. Phys. Soc. of Japan. 1988. V.57(3). PP. 887-902.

149. Amemiya H. Plasmas with negative ions probe measurements and charge equilibrium. J. Phys. D: Appl. Phys. 1990.V.23. PP. 999-1014.

150. Amemiya H, Annaratone B.M., Allen J.E. The collection of positive ions by spherical and cylindrical probes in an electronegative plasma. Plasma sources Sci. Technol. 1999. V.8, PP.179-190.

151. Kono A. Negative ions in processing plasmas and their effect on the plasma structure. Applied Surface Science. 2002. V.I92. PP. 115-134.

152. Бенилов M.C. Теория электрических зондов в потоках слабоионизованной плазмы высокого давления. ТВТ. 1988. т.26. № 5. СС. 993-1004.

153. Бенилов М.С. Электрические зонды в режиме сплошной среды. Низкотемпературная плазма. 9. Диагностика низкотемпературной плазмы. Новосибирск. Наука. 1994. СС. 214-247.

154. Кашеваров А.В. Электрические зонды в медленно движущейся и покоящейся столкповительной плазме. Автореферат дис. к.ф.м.-н. Жуковский. ЦАГИ. 2005. 24 с.

155. Lam S.H. A general theory for the flow of weakly ionized gases. AIAA J. 1964.V.2 №2. P.256.

156. Бенилов M.C., Тирский Г.А. О токах насыщения на зонд в плотной плазме. ПМТФ. 1979. №6. с. 16-24.

157. Smy P.R. The use of Langmuir probes in the study of high pressure plasmas. Advances in Physics. 1976. V.25. #5. PP. 517-553.

158. Dennis S.C.R., Hudson J.D., Smith N. Phys. Fluids. 1968. V.l 1. #5. P.933-940.

159. Apelt C.J., Ledwich M.A. J. Fluid Mech. 1979. V.95. #4 P.761-777.

160. Fund R.M., Kesvani K.K. Int.J. Heat Mass Transfer. 1972. V.15.#3P.559-562.

161. Chapkis R.L., Baum E. Theory of a cooled spherical electrostatic probe in a continuum gas. AIAA J.1971.v.9. #10. P.1963.

162. Норин JI.В. Охлаждаемый электростатический сферический зонд с тонким бесстолкновительным слоем. Физика плазмы, 1983, т. 9, № 2, с. 300-307.

163. Ротер В., Бергман Ф. Измерение ионного тока насыщения с помощью цилиндрических зондов в сильноточной аргоновой дуге при атмосферном давлении. В сб. Физика и техника низкотемпературной плазмы. Минск. ИТМ им. А.В. Лыкова АН БССР.1977.с.62.

164. Бенилов М.С., Рогов Б.В, Тирский Г.А. Теоретическое определение ионного тока насыщения па электрические зонды в дозвуковых потоках плазмы. ТВТ. 1981.т. 19. №5. С.1031.

165. Chen Xi. Ion saturation current density and specific heat flux on a cylindrical probe immersed in a dense plasma flow. J. Phys. D: Appl. Phys. 1982. V.15. N 9. PP.1695 -1708.

166. Рогов Б.В. Токи насыщения на электрические зонды в потоках плазмы продуктов сгорания. Автореферат дис. к.ф.м.-и. М. МФТИ. 1987. 24 с.

167. Штеменко Л.С. Экспериментальное изучение механизма образования ударной волны в ударных трубах. Дис. к.ф.м.-н. М. МГУ. 1977. 123 с.

168. Баженова Т.В., Гвоздева Л.Г., Лобастов Ю.С. и др. Ударные волны в реальных газах. М. Наука. 1968. 273 с.

169. Нестерихин Ю.Б., Солоухин Р.И. Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы. М. Наука. 1967. 172 с.

170. Голант В.Е. СВЧ методы исследования плазмы. М. Наука. 1968.327 с.

171. Двипин С.А. Исследование механизма формирования пространственных структур в стационарном СВЧ разряде внутри волновода. Дис. к.ф.м.-и. М. МГУ. 1983. 211 с.

172. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М. Энергия. 1975. 528 с.

173. Хилд М., Уортон Р. Микроволновая диагностика плазмы. М. Атомиздат. 1968. 392 с.

174. Kuwahara С., Matsuora К., Miyahara A. Density measurement of plasma with a small diameter by microwave interferometer. Jap. J. of Appl. Physics. 1974. V.13. #2. PP.327333.

175. Бердичевский М.Г., Марусин В.В. Определение температуры и концентрации электронов в пеизотермической азотной плазме спектроскопическим методом. ЖПС. 1973. т. 18. №6. с.1055-1057.

176. Косоручкина А.Д. Кинетические процессы в плазме тлеющего разряда в азоте. Дис. к.ф.м.-н. Л. ЛГУ. 1985. 185 с.

177. Очкин В.Н. Исследование физико-химических свойств плазмы СОг лазера. Труды ФИАН СССР. 1974. т.78.

178. Пирс Р., Гейдон А. Отождествление молекулярных спектров. М.: ИЛ, 1949. 212 с.

179. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: ИЛ, 1949.404 с.

180. Очкин В.Н. К вопросу о взаимосвязи колебательных распределений молекул N2 в состояниях У и СзД,. //Препринт № 102. М.-.ФИАН СССР, 1972. 23 с.

181. Пономарева С.Е. Диссертация на соискание учёной степени к.ф.-м.н., Москва. МГУ. 1990. 170 с.

182. Энгель А. Ионизованные газы. М. Физматгиз. 1959. 332 с.

183. Лисовский В.А., Яковин С.Д. Экспериментальное исследование тлеющего разряда низкого давления в воздухе в широких разрядных трубках. I. Условия существования нормального режима горения тлеющего разряда. Физика плазмы. 2000. Т.26. №12. СС.1139-1148.

184. Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Баланс колебательной энергии в разрядах в воздухе.//ТВТ. 1985. Т. 23. № 4. СС. 640 648.

185. Акишев Ю.С., Напартович А.П. О зондовых измерениях в тлеющем разряде при повышенных давлениях. ДАН СССР. 1978. Т.242. СС. 812-815.

186. Животов В.К., Русанов В.Д., Фридман А.А. Диагностика неравновесной химически активной плазмы. М. Энергоатомиздат. 1985. 216 с.

187. Волкова J1.M., Девятов A.M., Кралькина Е.А. Меченов А.С. Применение обращения Абеля для определения некоторых характеристик газоразрядной плазмы. //В кн.: Инверсия Абеля и ее обобщения. Новосибирск, 1978. СС. 200-210.

188. Меченов А.С. Бюллетень алгоритмов и программ. П001412. ВНИВЦ МГУ. 1975 №3.

189. Войнович Я.А., Жмакин А.И., Фурсенко А.А. Программа расчета многомерных нестационарных разрывных течений идеального газа. //Препринт № 1268. Л.: ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР, 1988. с. 41.

190. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. М.:Наука 1987.

191. Жихарева Т. В., Заварип Д.Г., Тумакаев Л К. Экспериментальное исследование плазмы инертных газов перед ударными волнам и.//ЖТФ. 1984. Т. 54. № 3. СС. 477485.

192. Пытьев Ю.Я. Псевдообратный оператор. Свойства и примепения.//Матем. сб.1982. Т. 118(160), № 1(5). С. 19-49.

193. Пытъев Ю.Я. Задачи редукции в экспериментальных исследованиях.//Матем. сб.1983. Т. 120(162). №2. С. 240-272.

194. Пытъев Ю.Я. Методы редукции измерений в гильбертовых npocTpaiютвах.//Матем. сб. 1985. Т. 126(168). № 4. С. 543-565.

195. Пытъев Ю.Я. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. М. Наука. 2002. 384 с.

196. Саттон Дж., Шермап А. Основы технической магнитной газодинамики. М., Мир. 1968.492 с.

197. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977.

198. Сухов А.К. Изменение структуры и параметров плазмы и ударной волны при их взаимодействии в инертных газах. Дне. канд. физ,- мат. паук. М. МГУ. 1988.

199. Самарский А.А. Теория разностных схем. М., 1977.

200. Коробейщиков Н.Г., Зарвин А.Е., Мадирбаев В.Ж. Газодинамика импульсных сверхзвуковых педорасширенных струй: пространственно-временные характеристики. ЖТФ. 2004. Т.74. Вып.8. СС.21-29.

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

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

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

204. Шибков B.M. Нагрев газа в условиях свободно локализованного СВЧ разряд в воздухе // ТВТ. 1997. Т. 35. № 6. С. 871.

205. Shibkov V.M. Kinetics of Gas Heating in Plasma Created in a Supersonic Flow // 9" Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4965.

206. Попов H.A. Исследование механизма быстрого нагрева азота и воздуха в газовых разрядах // Физика плазмы, 2001, т.27, №10, с.940-950.

207. Александров H.J1., Напартович А.П. Процессы в газе и плазме с отрицательными ионами. УФН. 1993. т.163. №3. с.1-26.

208. Акишев Ю.С., Высикайло Ф.И., Напартович А.П. и др. Исследование квазистационарного разряда в азоте //ТВТ. 1980. Т. 18. № 2. С. 266-272.

209. Бондаренко А.В., Высикайло Ф.И., Кохан В.И. Продольный разряд в турбулентном потоке азота//ТВТ. 1983. Т. 21. № 2. С. 388-389.

210. Бреев В.В., Двуреченский С.В., Пашкин С.В. // ТВТ. 1979. Т. 17. №1. С. 31.

211. Высикайло Ф.И., Напартович А.П. //ТВТ. 1981. Т. 19. № 2. С. 421.

212. Александров Н.Л., Коичаков A.M., Con Э.Е. Функция распределения электронов и кинетические коэффициенты азотной плазмы // Физика плазмы. 1978. Т.4. № I.e. 169.

213. Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Зависимость распределения электронов по энергиям в молекулярном азоте от колебательной температуры и степени ионизации.// Физика плазмы. 1976. Т.2.№. СС.152.

214. Capitelli М., Gorse С., Wilhelm J., Winkler R. The electron relaxation to stationary states in collision dominated plasmas in molecular gases// Ann.Physik Leipzig. 1984, v.41,#2,p.l 19-138.

215. Loureiro J., Ferreira C.M. Coupled electron energy and vibrational distribution functions in stationary N2 discharges.//J.Phys.D: Appl.Phys. 1986. V.I9.P.I7-35.

216. 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.

217. Зарин A.C., Кузовпиков A.A., Шибков B.M. Свободно локализованный СВЧ разряд в воздухе. М.: "Нефть и газ". 1996. 204 с.

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

219. Биберман Л.М., Мнацаканян А.Х. Об обмене энергией между электронным и молекулярным газами. //Electricity in from MHD. 1966. Vienna: Intern.Atom. Energy Agency, v.2, p. 107.

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

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

222. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978, 375 с.

223. Богатов Н.А., Гитлин М.С., Голубев С.В. и др. Исследование релаксации метастабильных молекул N2(A 3SU+) после импульсного разряда в азоте методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. //Препринт ИПФ АН СССР № 219, Горький, 1988,38 с.

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

225. MacCormak R.W. The Effect of Viscosity in Hypervelocity Impact Cratering. //AIAA Paper. 1969-354. 6 p.

226. Тимофеев Б. И. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках Дисс. на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М. МГУ. Физический факультет. 2005.127 с.

227. Гейдон А. Спектроскопия пламен. ИЛ, М., 1959. 382 с.

228. Westbrook, С.К., Dryer, F.L. Simplified Reaction Mechanisms for the Oxidation of Fuels in Flames. Combustion Science and Technology, 1981, Vol.27, pp.31-43.

229. Katta, V.R., Roquemore, W.M. Simulation of Unsteady Flows in an Axisymmetric Research Combustor Using Detailed-Chemical Kinetics. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 34th, Cleveland, OH, July 13-15, 1998.

230. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. и др. О влияиии гидродинамических неустойчивостей на спектрально-яркостные характеристики открытых излучающих разрядов //ЖТФ. 1987. Т. 57. № 7. С. 1412.

231. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю. и др. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984.

232. Камруков А .С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. О критериях подобия ударно-волновых структур плазмодинамических разрядов МПК в плотных газах//ПМТФ. 1985. № 4. С. 95 -100.

233. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С., Чувашев С.Н.//Тез. докл. VII Всес. конф. по физике низкотемпературной плазмы. Ташкент: ФАН, 1987. Т. 2. С. 254255.

234. Маслоу С.А. Неустойчивости и переход в сдвиговых течениях НВ кн.: Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности. М.: Мир, 1984. С. 218.

235. Oh Y.H., Bushnell D.M. Influence of external disturbances and compressibility on free turbulent mixing// NASA Langley Research Center. NASA SP-347. 1975.

236. Козлов В.E., Секундов А.Н., Смирнова Н.Н. Модели турбулентности для описания течения в струе сжимаемого газа. МЖГ. 1986. №6. с.38- 44.

237. Таблицы термодинамических функций воздуха /Под ред. А.С. Предводителева. М.: Наука, 1970.

238. Авилова И.В., Биберман Л.М., Воробьев B.C. и др. Оптические свойства горячего воздуха. М.: Наука, 1970.

239. Авдуевский B.C., Ашратов Э.А., Иванов А.В., Пирумов У.Г. Газодинамика сверхзвуковых неизобарических струй. М.: Машиностроение, 1989.

240. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н., Щепанюк Т.С. Экспериментальное исследование внутренней структуры излучающих плазмодинамических МПК разрядов в газах// ТВТ. 1990. Т.28. №3. С.444 454.

241. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепип Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

242. Денисова Н.В., Преображенский Н.Г., Севастьяненко В.Г. Влияние учета реабсорбции излучения па критерий существования локального термодинамического равновесия //Изв. вуз. MB и ССО СССР. Физика. 1986. № 6. С. 20 24.

243. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных воли и высокотемпературных гидродинамических явлений. М., 1966.

244. Васильев Л.А., Ершов И.В., Семенов С.С. //ДАН СССР. 1969. Т. 186. № 5. С. 1041.

245. Capitelli М., Dilonardo M.//Rev. Physique Applique. 1978. V. 13. № 3. P. 115.

246. Ершов А.П., Имад И.Х., Тимофеев И. Б. и др. Скоростные плазменные струи в воздухе. I. Динамика импульсной струи, генерируемой кумулятивным плазмотроном с конической геометрией. ТВТ. 1993. Т. 31. № 3. С. 364-368.

247. Александров А.Ф., Ершов А.П., Имад И.Х. и др. Скоростные плазменные струи в воздухе. 111. Нелазерный непрерывный оптический разряд в воздухе. ТВТ. 1993. Т. 31. №5. С. 850-851.

248. Корлис Ч., Бозман У. Вероятности переходов и силы осцилляторов 70 элементов. М.: Мир, 1968.

249. Mitchell J.B.A., McGowan J.W. Physics of ion-ion and electron-ion collisions. N.Y.: Plenum Press, 1983.

250. Фортов B.E., Якубов И.Т. Физика неидеальной плазмы. Черноголовка. ОИХФ. 1984.

251. Cebeci Т., Bradshou Р. // Physical and computational aspects of convective heat transfer. 1984. Springer-Verlag. N.Y.

252. Ершов А.П., Солнцев Г.С. Взаимодействие электромагнитных воли с плазмой и СВЧ разряды. Уч.пособие. М. Изд-во МГУ. 1990. 104 с.

253. Ершов А.П. Исследование кинетики электронов в плазме ВЧ разряда низкого давления в инертных газах. Дис. к.ф.м.-н. М. МГУ. 1982. 186 с.

254. Годяк В.А., Попов О.А. О зондовой диагностике ВЧ плазмы. ЖТФ. 1977. Т.47. №4. СС.766

255. V.A. Godyak, R.B. Piejak, В.М. Alexandrovich "Measurements of electron energy distribution in low-pressure RF discharges", Plasma Sources Sci. Technol. 1, 36-58, 1992.

256. Ершов А.П., Кузовников A.A. Влияние ударов второго рода электронов с возбужденными атомами па вид ФРЭЭ в плазме инертных газов. Вестник МГУ, сер. физика астр. 1984. Т.25. N6. СС. 6-9.

257. Голубовский 10. Б., Зинченко А. К., Каган Ю. М. Опт. и спектр. 1976. Т. 41, В. 1, с. 189.

258. Phelps A.V. Phys. Rev. 1959. V. 114. PP. 1011.

259. Богданова И.Л., Марусин В.Д., Яхонтова В.Е. Опт. и спектр., 1978, т. 44, в. 4, с. 631.

260. Мустафин Н.С. О концентрации возбужденных атомов в плазме положительного столба в пеоне. Вестн. ЛГУ, сер. физика, химия. 1960. Т. 15. Вып.4. СС. 130 136.

261. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хахаев А.Д. О возбуждении инертных газов в положительном столбе разряда при средних давлениях. Опт. и спектр. 1963. т. 14, №. 3. СС. 598-606; т. 15, №. I. СС. 13-20.

262. Фриш С.Э. Свечение газоразрядной плазмы низкого давления. В кн. Спектроскопия газоразрядной плазмы. Л. Наука. 1970. СС. 244 273.

263. Пеикин Н.П. Исследование процессов возбуждения атомов в положительном столбе разряда низкого давления. В кп. Спектроскопия газоразрядной плазмы. Л. 1970. Наука. СС. 274-290.

264. Winkler R. Gesehwindig Keitsverteilungsfunktion und Bilanzgroben der Electronenn des anisothermen Argon-Plasmas bei lonisierungsgreden von 10"' bis 10". Beitragc Plasmaphys. 1972. V.12. P. 193-211

265. Кривченкова B.C., Федорова Л.М., Хахаев А.Д. Уравнение баланса возбужденных состояний для плазмы разряда постоянного тока при средних давлениях и определение параметров возбужденных уровней в аргоне. ЖПС. 1970. Т. 13. Вып.6. СС.970 974.

266. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М. Наука. 1971. 544 с.

267. Ершов А.П., Довженко В.А., Кузовников А.А. О расчете распределения электронов по энергиям в постоянном и высокочастотном полях. Вестник МГУ, сер.физика, астр. 1981.Т. 22. N4. СС. 18-25.

268. Голубовский Ю.Б., Кудрявцев А.А., Некучаев В.О. Порохова И.А. Цендип Л.Д. Кинетика электронов в неравновесной газоразрядной плазме. СПб.: Изд-во С.-Петербургского упиверситета.2004.248 с.

269. Schaper М., Schaibner Н. Beitrage Plasmaphys. Absolutbestimmung der Gesamtanregungsquerschnitte der Edelgase durch Elektronenstose. 1969. V.9. H.1.P.45-57.

270. Aymar M., Coulombe M. Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1978. V.21. #6. P.556.

271. Калинин А.В. «Параметры неравновесной плазмы низкочастотных и импульсно-периодических разрядов в электроотрицательных газах». Дисс. на соискание учёной степени к.ф.-м.н., Москва, МГУ. 1998. 140 с.

272. Горбунов Н.А., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. Зондовые измерения функции распределения электронов по энергиям при промежуточных и высоких давлениях. Физика плазмы. 1989. Т. 15. № 12. С. 1513-1520.

273. Дубровин В.Ю., Максимов А.И., Менагаришвили В.М., Рыбкин В.В. Влияние эффекта стока электронов и сопротивления плазмы на измерения функции распределения электронов по энергиям в молекулярных газах. Физика плазмы. 1980. Т.6. №4. СС.888-892.

274. Гончарский А.В., Ягола А.Г. О равномерном приближении монотонного решения некорректных задач. ДАН СССР. 1969. Т. 184. №4. СС.771-773.

275. Гончарский А.В., Степанов В.В. Численные методы решения некорректно поставленных задач на компактных множествах. Вестник МГУ, сер. выч. мат и кибернетика. 1980. №3. СС. 12-18.

276. Swift I.D. Effects of finite probe size in the determination of electron energy distribution function. Proc. Phys. Soc. 1962. V.79. PP. 697-705.

277. Friedland L. Kagan Yu.M. The theory of electron current to a spherical probe at intermediate pressures. J. Phys. D.: Appl.Phys. 1979. V.12. P.739 -748.

278. Bernstein I.B., Rabinovitz I. Theory of electrostatic probes in a low density plasma. Phys. Fluids. 1959. V.2 P. 112.

279. Chen F.F. Numerical computation for ion probe characteristics in a collisionless plasma. Plasma Phys. 1965. V.7.P.47.

280. Allen J.E., Boyd R.L.F. and Reynolds P. The collection of positive ions immersed in a plasma. Proc. Phys. Soc. 1957. V.70. P.297.

281. Shin C.H., Levi E. AIAA Journal. 1971. V.9. P. 1673.

282. Kopiczynski T. Characteristics of negatively biased cylindrical probe at medium pressure // Proc. XIIIICPIG. Berlin. 1977. P.99.

283. Nuhn В., Peter G. Comparison of classical and numerical evaluation of Langmuir probe characteristics at low plasma densities. Proc. XIII ICPIG. Berlin. 1977. P.97.

284. Annaratone B.M., Allen M.W and Allen J.E. Ion currents to cylindrical Langmuir probes in RF plasmas. J.Phys.D.: Appl.Phys. 1992. V.25. PP.417-424.

285. David P., Sicha M.,Tichy M. et al. The Use of Langmuir Probe Methods for Plasma Diagnostic in Middle Pressure Discharges. Contr. Plasma Phys. 1990. V.30. #2. P. 167184.

286. Anderson C.A., Graham W.G. and Hopkins M.B. "Time-Resolved Plasma Parameter Measurements in a Low Frequency RF Discharge", Appl. Phys. Lett. 1988. V.52. # 10. PP.783-785.

287. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной фторсодержащей плазме. Химия плазмы, 1983. Вып. 10. С. 108.

288. Picard A., Turban G., Grolleau В. Plasma diagnostics of a SF6 radiofrequency discharge used for the ething of silicon J. Phys.D. 1986. V.19. PP.991-1005.

289. Смирнов Б.М. Возбужденные атомы. M.: Энергоиздат. 1982, с. 232.

290. Девиен М. Течения и теплообмен разреженных газов. М.: ИЛ, 1982, с. 187.

291. Бенилов М.С., Бочкарев Г.Г., Бузников А.Е. и др. Электрические характеристики зонда в дозвуковом потоке плазмы. Изв. АН СССР. МЖГ. 1983.№ I.CC. 150-160.

292. Смайт В. Электростатика и электродинамика. М.: ИЛ, 1954, с. 604.

293. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газе. М.: Мир, 1977, с. 672.

294. Stahl N. and Su С.Н. Theory of Continuum Flush Probes. The Physics of Fluids. 1971. V.14.N7. PP.1366-1376.

295. Г.Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М. Наука. 1974.1. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

296. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах автора:

297. Кузовников А. А. Ершов А.П., Двинин С.А. и др. Визуализация заряженной компоненты УВ в слабоионизованной плазме с помощью СВЧ интерферометра. Сб. Физические методы исследований прозрачных неоднородиостей. М., МДНТП, 1985, с.17-19.

298. Александров А.Ф., Ершов А.П., Кузовников А.А. и др. Взаимодействие ударных волн с пространственно-ограниченной плазмой. Сб. Фундаментальные проблемы физики УВ. Черноголовка, 1988, т.2, 76-78.

299. Ершов А.П, Васильев О.Г., Кузовников А.А. и др. Динамика электронной компоненты УВ в плазме тлеющего разряда. Сб. Фундаментальные проблемы физики УВ. Черноголовка, 1988, т.2,91-93.

300. Ершов А.П., Клишин С.В., Кузовников А.А., Пономарева С.Е., Пытьев Ю.П. Применение метода редукции к СВЧ интерферометрии УВ в слабоионизованной плазме. ЖТФ, 1989, 59, N8, 142-145.

301. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибкое В.М. О механизме ускорения УВ в плазме тлеющего разряда в воздухе. Тр. III Всес. сов. по физике и газодинамике ударных волн. Владивосток. 1989, ч.2, 12-19.

302. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибкое В.М. Распространение ударной волны в плазме тлеющего разряда в воздухе. Препринт ФТИ им.Иоффе, Л.,1990, N 1453.32 с.

303. Ершов А.П., Клишин С.В., Пономарева С.Е., Кузовников А.А. Обработка и интерпретация экспериментов по СВЧ интерферометрии УВ в слабоионизованной плазме. ТВТ, 1990, 28, N6, 1041-1047.

304. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибкое В.М. Распространение слабых У В в плазме продольного тлеющего разряда. ТВТ, 1991, 29, N3, 588-596.

305. Васильев О.Г., Ершов А.П., Пономарева С.Е. Теплопроводпостный предвестник во взрывной УВ, распространяющейся в слабоионизованной плазме. Вестник МГУ, сер. физика, астр., 1994, 35, N2,86-88.

306. Dvinin S.A., Chernikov А.Р., Ershov А.P. et al. Features of transversal gas discharge in a supersonic gas flow. The 2nd Workshop on Magneto- Plasma- Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 5 April 7 April 2000. p. 169-174.

307. Chernikov V., Ershov A., Shibkov V. et al. Pulsing gas discharge in supersonic flow. The 3rd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications. Moscow, 24 April 26 April 2001, p.140-145.

308. Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., В.М.Шибков. Газовые разряды в сверхзвуковых потоках газа. Ломоносовские чтения 2001. Секция физики. Сб. расширенных тезисов докладов. М. Физический ф-т МГУ. 2001, с.91-94.

309. Chernikov V.A., Dvinin S.A., Ershov A.P. et al. The theory of direct current discharge in transversal gas flow. 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit and 5th Weakly Ionized Gases Workshop, Reno, Nevada, 6-9 Jan.2003. AIAA 2003-1193. 8 p.

310. Ъ.Двинип C.A., Ершов А.П., Тимофеев И.Б. Черников В.А., Шибкое В.М. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа// ТВТ. 2004. т.42. №2. С. 181 192.

311. Ершов А.П., Суркоит О.С., Тимофеев КБ., Черников В.А., Шибкое В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Механизмы распространения и неустойчивости разряда // ТВТ. 2004. т.42. №4. С. 516 522.

312. Ершов А. П., Сурконт О. С., Тимофеев И. Б. и др. Импульсные электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа // Нелинейный мир, 2005, т.З, №№1-2, с.54-59.

313. Александров А.Ф., Ершов А.П. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа. Ломоносовские чтения 2005. Секция физики. Сб. тезисов докладов. М. Физический ф-т МГУ. 2005, с. 17-20.

314. A.Ershov, B.Liagushin, S.Chuvashev, В.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.

315. Chuvashev S.N., Ershov A.P., Klimov A.I., Leonov S.B., Shibkov V.M., Timofeev l.B. Flow around body and characteristics of discharges in plasma aerodynamic experiment 2 Weakly Ionized Gases Workshop. April 27-30, 1998, Norfolk, 59-67.

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

317. Georgievsky P.Yu., Gromov KG., Ershov A.P. el al. Gas Discharge in Supersonic Flow// The 2nd Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics in Aerospace Applications. Moscow, 5-7 April 2000. P. 143-151.

318. Chernikov V., Ershov A., Georgievsky P. el al. Features of Transversal Gas Discharge in Supersonic Gas Flow // 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conf. and 4th Weakly Ionized Gases Workshop. Anaheim, CA. 11-14 June 2001. Al A A-2001-3084. 7 p.

319. Chernikov V., Ershov A., Shibkov V. et al. 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, AIAA 2001-2948. 6 p.

320. V.LBychkov, V.G.Gromov, A.P.Ershov, et al. An electrode ignition discharges in supersonic propane-air flows. Combustion and Atmospheric Pollution /Edit by G.D.Roy, S.M.Frolov/, Moscow, Torus press, 2003. P.278-282.

321. Александров А.Ф., Ершов А.П., Сурконт O.C., Тимофеев Б.И., Тимофеев КБ., Шибкое В.М., Черников В.А. Газодинамические особенности электрических разрядов в сверхзвуковых потоках. МГУ им. М.В. Ломоносова. Физический факультет. Препринт 10/2004. 25 с.

322. Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев Б.И., Тимофеев И.Б. О влиянии числа Маха на характеристики электрического разряда в сверхзвуковом потоке воздуха. Вестник МГУ сер.З, физика, астрономия. 2004,т.45, N4, с. 63-64.

323. Georgievsky P.Yu., Ershov А.P., Levin V.A. Electric Discharges Modeling in a Hypersonic Airflow//43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 10-13 January 2005, Reno, Nevada, AIAA 2005-201. 7 p.

324. Георгиевский П. 10., Ершов А. П., Левин В. А., Тимофеев К. Б., Шибкое В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Моделирование газодинамических эффектов в разрядном канале. ТВТ. 2006. т.44. №1. С. 5-15.

325. Громов В.Г., Ершов А. П., Левин В. А., Шибкое В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Моделирование эффектов, влияющих па нагрев газа в разрядном канале. ТВТ. 2006. т.44. №2. СС. 185-194.

326. Anders A., Ershov А.P., Isaev К. Study of an underexpanded plasma yet. II. Diagnostics with microwaves. Contr. Plasma Phys., 1988,28, N6, 537-542.

327. Ершов А.П., Тимофеев КБ., Чувашев С.Н., Быцкевич С.Л. Эволюция структуры и параметров плазменной струи при импульсной инжекции в атмосферу. ТВТ, 1990, 28, N3,583-589.

328. Анохин М.Д., Быцкевич С.П., Ершов А.П., Лягушгш Б.Е., Тимофеев И.Б., Чувашев С.И. Формирование устойчивых структур при импульсной инжекции плазменной струи в затопленное пространство. ТВТ, 1992, 30, N2, 36-41.

329. Ершов А.П., Кмад К.Х., Тимофеев КБ., Чувашев С.Н., Шибкое В.М., Юсупалиев У. Скоростные плазменные струи в воздухе. II. Параметры импульсной плазменной струи, инжектируемой кумулятивным плазмотроном в атмосферу. ТВТ, 1993, 31, N4,531-534.

330. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев С.К, Шибкое В.М. О генерации сильноионизовапной плазмы с конденсированной дисперсной фазой. Письма в ЖТФ, 1994, 20, N14,70-74.

331. Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Чувашев СЛ., Шибкое В.М. Дозвуковая плазменная струя эрозионного типа, истекающая в атмосферу. Сб. Шаровая молния в лаборатории. Химия, 1994, 112-118.

332. Ершов А.П., Розанов В.В., Сысоев Н.Н., Тимофеев И.Б., Чувашев С.Н., Шибкое В.М. Истекающие в атмосферу дозвуковые плазменные струи, образуемые капиллярным разрядом. Прикладная физика, 1995, N 2,36-50.

333. Ершов А.П., Тимофеев КБ., Чувашев С.Н., Шибкое В.М. О природе керна в капиллярном эрозионном разряде, истекающем в атмосферу. Вестник МГУ сер.З, физика, астр. 1995, т.36, N1,23-27.

334. Alexandrov A.F., Bychkov V.L., Ershov А.Р., Timofeev I.B. Long-lived plasma formations in air. Eighth International Symposium on Ball Lightning, 3rd-6th August 2004, National Central University, Chung-Li, Tiawan, P. 111-116.

335. Chemikov V.A. Chuvashev S.N., Ershov A.P., Shibkov V.M. Timofeev LB. Alexandrov A.F. Long-lived plasma formation in air. 9th Intern. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conf. Norfolk, VA, USA. 1-4 November 1999. AIAA-99-4977. 8 p.

336. Chemikov 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 of RAS, pp.215220.

337. Довженко В.А., Ершов А.П., Кузовников А.А. О расчете распределения электронов по энергиям в постоянном и высокочастотном полях. Вестник МГУ, сер.физика, астр., 1981,22, N4, 18-25.

338. Ершов А.П., Довженко В.А., Кузовников А.А., Оке С.Н. Об обработке вольтамперных характеристик зонда Ленгмюра в немаксвелловской плазме. Физика плазмы, 1981, 7, N3,609-614.

339. Ершов А.П., Калинин А.В., Мальков М.А., Шибкое В.М. Зондовая экспресс-диагностика неравновесной анизотропной плазмы для травления. Тез.докл. Межд. симп. по теоретической и прикладной плазмохимии. Рига. 1991. СС. 168-170.

340. Ершов А.П., Степанов В.В., Гончарский А.В., Кузовников А.А. Определение ФРЭЭ из зопдовых характеристик методом решения некорректной задачи на компакте. ЖТФ, 1983, 53, N6,1202-1205.

341. Довженко В.А., Ершов А.П., Кузовников А.А. Определение средней энергии электронов из ВАХ зонда Ленгмюра. Вестник МГУ, 1983, 24, N5, 88-91.

342. Ершов А.П., Кузовников А.А., Крашенинников Б.Н. Определение концентрации заряженных частиц по ионному току на цилиндрический зонд в слабоионизованной плазме низкого давления. Вестник МГУ,сер. физика, астр., 1984, 25, N4,23-26.

343. Ершов А.П., Довженко В.А., Кузовников А.А. О расчете концентрации метастабильных и резонансных уровней атомов инертных газов в плазме положительного столба разряда постоянного тока. Оптика и спектр., 1984, 56, N6, 995-999.

344. Ершов А.П., Кузовников А.А Влияние ударов второго рода электронов с возбужденными атомами на вид ФРЭЭ в плазме инертных газов. Вестник МГУ, сер. физика астр. 1984. 25. N6. СС.6-9.

345. Ершов А.П., Кузовников А.А. Энергетическое распределение электронов в плазме ВЧ разряда низкого давления. Физика плазмы, 1985, 11, N5, 625-629.

346. Волкова JIM, Ершов А.П., Мальков М.А. Определение концентрации возбужденных атомов и частот неупругих процессов из зондовой характеристики. ЖТФ, 1987,57, N5,854-857.

347. Волкова Л.М., Ершов А.П., Мальков М.А. Определение скоростей элементарных процессов по зондовым характеристикам Сб. Элементарные процессы при столкновениях. Чебоксары, 1987, 38-42.

348. Ершов А.П. Кузовников А.А., Пономарева С.Е. Определение средней энергии электронов зондовым методом в плазме повышенного давления. Известия ВУЗов Физика, 1988, N5,44-49.

349. Ершов А.П., Мальков М.А. Нетрадиционные способы измерений характеристик плазмы и их практическая реализация. Известия ВУЗ'ов Физика, 1990, №12, 66-71.

350. Ершов А.П., Исаев К.Ш., Калинин А.В., Орликовский А. А. Особенности применения метода зондов для диагностики НЧ разряда в смеси CFjBr/Ar в диодном плазмохимическом реакторе. Труды ФТИАН. Проблемы субмикрониой технологии. 1993, N6, 17-34.

351. Ершов А.П., Исаев К.Ш., Калинин А.В. Параметры плазмы НЧ разряда в смеси СРзВг/Аг в диодном плазмохимическом реакторе. Химия высоких энергий. 1994, 28, N1,88-91.

352. Ершов А.П., Оводов И.Г. Моделирование методом Монте-Карло тока электронов на сферический зонд при промежуточных давлениях. Вестник МГУ сер.З, физика, астрономия. 1995, т.36, N2, 37-42.

353. Ершов А.П., Андерс А., Тимофеев И.Б. Зопдовая диагностика поздних стадий истечения плотной плазменной струи в атмосферу. ТВТ, 1987,25, N4, 743-747.

354. Ershov A., Ardelyan N., Chuvashev S., Timofeev I., Shibkov V. Probe Diagnostics of Gas Discharges in Supersonic Airflows // AIAA J. 200l.V. 39. № 11. P. 2180-2187.