Взаимодействие газоразрядной плазмы с закрученными течениями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ
|
Моралев, Иван Александрович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2010
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.08
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
004616
На правах рукописи
МОРАЛЕВ Иван Александрович
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ С ЗАКРУЧЕННЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
Специальность 01.04.08 - «Физика плазмы»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
- 9 ЛЕН 2010
Москва-2010
004616194
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Объединенном институте высоких температур РАН
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук А.И. Климов.
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук, профессор В.М. Шибков;
доктор физико-математических наук, профессор В.В. Голуб.
Ведут;
организация:
Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН.
Защита состоится " 22 " декабря 2010 г. в "10 " час. на заседании диссертационного совета № Д 002.110.02 в ОИВТ РАН по адресу: 4 25412 Москва, Ижорская ул., 13, стр.2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.
Отзывы на автореферат просьба присылать по адресу: 125412 Москва, Ижорская ул., 13, стр.2, ОИВТ РАН.
Автореферат разослан " (8 " 2010 г.
Ученый секретарь
© Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН, 2010
Диссертационного совета д.ф.-м.н.
ОБЩ/У! ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Аетуальность
В настоящее время активно развивается новая область науки и техники -магнитоплазменная аэродинамика (МПА). Основной задачей плазменной аэродинамики является управление аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел (такими как подъемная сила, сила сопротивления, моменты и др.) с помощью плазмы газового разряда. Особое место в этих исследованиях отводится изучению управления вихревыми течениями вблизи обтекаемых тел. Такие исследования важны для управления пограничным слоем, отрывом потока, подъемной силой крыла и др. с помощью плазменных образований. В то же время, физика взаимодействия вихря с плазмой газового разряда в настоящее время изучена недостаточно. Для понимания физических механизмов такого взаимодействия необходимо ответить на два основных вопроса:
1. Как влияет закрученное течение на структуру конкретного газового разряда и параметры плазмы в нем.
2. Как процессы в плазме газового разряда отражаются на структуре закрученного течения.
В связи с тем, что практическая задача управления сформировавшимися вихревыми течениями предполагает воздействие на поток на некотором расстоянии от поверхности летательного аппарата, для её решения наиболее перспективными представляются безэлектродные и одноэлектродные электрические разряды, возбуждаемые в ВЧ и СВЧ диапазонах.
Вопрос о влиянии закрученного течения на устойчивость и параметры газового разряда детально исследовался при разработке плазмотронов с вихревой стабилизацией разряда. Необходимо отметить, что в таких устройствах используется, как правило, горячая равновесная плазма. В частности, ряд исследований был посвящен работе плазмотронов с мощным дуговым разрядом [1], а также факельным разрядом. В этих работах исследователей больше всего интересовали вопросы тепловой изоляции горячей газоразрядной плазмы от стенок плазмотрона и ее устойчивости. Существующие электродинамические модели факельных плазмотронов рассматривают разряд как однородный проводник с неизменными по длине параметрами течения [2]. При этом не учитываются эффекты неравновесности, а также реальное распределение проводимости и диэлектрической проницаемости в разряде, что приводит к расхождению численных результатов с экспериментом.
С другой стороны, известно, что ВЧ и СВЧ разряды, в зависимости от режимов возбуждения и параметров окружающей среды, могут существовать в различных формах и режимах в высокоскоростном газовом потоке [3-6]. При этом, влияние закрутки потока на режим горения и параметры этих разрядов на данный момент изучалось только для случая довольно малых тангенциальных скоростей. В то же время, область применения этих разрядов включает, например, инициацию и поддержание процесса горения топлива в высокоскоростных вихревых камерах сгорания и химических реакторах.
Влияние неравновесности возбужденного вихревого потока на его структуру и параметры рассматривалось в ряде работ [7-10]. Выводы этих работ частично противоречивы вследствие использования различных теоретических моделей. Сообщается о распаде вихря, его перестройке в результате взаимодействия или быстрой диссипации в неравновесном газе. Экспериментальные работы, которые бы позволили разрешить разногласия между теоретическими работами на данный момент отсутствуют.
Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению взаимодействия газоразрядной плазмы одноэлектродного ВЧ разряда емкостного типа (ВЧЕР) с высокоскоростным газовым потоком.
Цель работы
Изучение взаимодействия газоразрядной плазмы, созданной ВЧЕР, с высокоскоростным вихревым течением.
Для достижения этой цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
1. Создание экспериментального стенда для изучения взаимодействия газоразрядной плазмы, созданной ВЧЕР, с высокоскоростным закрученным течением.
2. Создание специализированного диагностического комплекса для измерения параметров плазмы разряда (температуры, плотности электронов, степени колебательной неравновесности), и трехмерного закрученного потока (давления, компонент скорости).
3. Получение устойчивых режимов горения ВЧЕР в высокоскоростном закрученном потоке воздуха в трубе и определение границ их реализации.
4. Измерение основных параметров плазменных образований в высокоскоростном вихревом газовом потоке. Определение структуры и динамики протяженного факельного ВЧ разряда в закрученном потоке.
5. Измерение основных параметров закрученного потока в канале и в свободном пространстве при горении в нем одноэлектродного ВЧ разряда.
6. Измерение основных параметров закрученного потока в канале и в свободном пространстве при горении в нем разряда постоянного тока. Сравнение полученных данных об основных характеристиках потока с результатами численного эксперимента.
Научная новизна работы
1. Впервые определены границы областей существования различных форм ВЧЕР в закрученном потоке в зависимости от степени закрутки в диапазоне S=(K1,5. Показано, что возникновение возвратного течения при больших параметрах закрутки потока способствует переходу разряда в факельную форму.
2. Обнаружено, что границы областей существования различных форм одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке зависят от средней мощности ВЧЕР в диапазоне 200 Вт 1 кВт.
3. Впервые изучена динамика и структура протяженного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при атмосферном давлении. Обнаружено одновременное существование протяженного ВЧ разряда и плазменной ВЧ короны в его головной части на стадии формирования разряда.
4. Измерены параметры (Г, Ne, Ту, Ей</М) плазмы протяженного ВЧ разряда в области малых ВЧ токов (/дт<500\1А) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 40^760 торр и числе Маха потока М~0,1-Ю,5. Показано, что параметры плазмы ВЧЕР близки к параметрам тлеющего разряда в воздухе.
5. Впервые исследовано влияние плазмы протяженного факельного ВЧЕР (а также разряда постоянного тока) на параметры закрученного течения воздуха в трубе и свободном пространстве при давлениях 4СН-760 торр. Показано, что зажигание разряда приводит к росту давления на оси вихря и уменьшению продольного градиента давления, причем рост давления линейно зависит от вложенной в разряд мощности. В случае свободного закрученного течения показано уменьшение тангенциальных скоростей в ядре вихря.
6. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных о параметрах течения с результатами численного моделирования закрученного течения с локальным источником теплоты.
На защиту выносятся следующие результаты и положения
1. Экспериментально определенные границы областей существования различных форм одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке в зависимости от параметра закрутки течения S=(K/|5 и мощности ВЧ разряда
200Вт - 1кВт. Вывод о роли возвратного течения в вихре в формировании протяженного ВЧ разряда.
2. Экспериментально определенные параметры (Г, ЛГС, Ту, Ец</№) плазмы протяженного ВЧЕР в области ВЧ токов (/<500мА) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 4СН-760 торр, числе Маха потока М-0,1-0,5.
3. Динамика и структура протяженного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при давлении 40-^760 торр и числе Маха потока М~0,1-Ю,5.
4. Экспериментально определенные параметры закрученного течения при горении ВЧЕР и без него при давлениях 760 торр и 40 торр и величине безразмерного энерговклада 0а=0,1-4. Вывод об уменьшении градиентов давления в приосевой зоне вихря при зажигании разряда.
5. Определенные в эксперименте параметры закрученного течения при горении разряда постоянного тока вблизи оси вихря и без него при давлении 760 торр, числе Маха М~0,1, величине безразмерного энерговклада Па=0.1^0,5. Вывод об увеличении давления на оси вихря и снижении тангенциальной скорости в его ядре.
6. Результаты сравнения экспериментальных результатов с результатами численных расчетов для закрученного течения с локальным источником теплоты.
Научная и практическая ценность работы. Полученные экспериментальные результаты являются важными для развития физики плазмы, физики газового разряда, плазменной аэродинамики, физики стимулированного горения и др. Кроме того, полученные экспериментальные результаты могут быть использованы в практической аэродинамике и энергетике, а также при проектировании плазмохимических реакторов с закруткой потока, авиационных двигателей. Использование полученных результатов возможно в ЦАГИ, ЦНИИМАШ, ЦИАМ, МВЗ им.Миля, Институте механики МГУ, МРТИ РАН и ряде других организаций.
Достоверность результатов исследований подтверждается совпадением данных, полученных с помощью различных методик измерения. Достоверность измерений параметров потока подтверждается качественным совпадением результатов для различных конфигураций закрученного течения.
Личный вклад автора заключается в создании экспериментальной установки, отладке диагностической аппаратуры для определения параметров плазмы и закрученного потока, написании алгоритмов автоматической
обработки данных. Автором доработана методика вращающегося датчика давления для автоматического проведения измерений в закрученном потоке, реализован алгоритм обработки сигнала датчика. Реализован алгоритм обработки интерферограмм течения с использованием преобразования Абеля. Все экспериментальные результаты, изложенные в работе, получены при определяющем участии автора. Формулировка задач и обсуждение результатов численного моделирования проводилась при непосредственном участии автора.
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 160 страниц, включая 79 рисунков.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях: 4th Intren. Workshop and Exhib. on Plasma Assisted Combustion (IWEPAC),16-19 Sept 2008, Virginia, USA. The 8й International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, Moscow, March 31-April 2,2009. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FV, 7-11 January 2009. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, Jan. 7-10, 2008. Школа-Семинар no магнитоплазменной аэродинамике, ОИВТ РАН, Москва 2008. Школа-Семинар по магнитоплазменной аэродинамике, ОИВТ РАН, Москва 2010
По теме диссертации опубликовано 5 работ:
1. Завершинский И.П., Климов А.И., Макарян В.Г., Молевич Н.Е., Моралев И.А., Порфирьев Д.П.. Об особенности свечения поперечного разряда в зависимости от массового расхода газа в вихревой камере // ПЖТФ, 2009, т.35, выпуск 24 с.59-66
2. Завершинский И.П., Климов А.И., Макарян В.Г., Молевич Н.Е., Моралев И.А., Порфирьев Д.П.. Протяженная светящаяся область в вихревом потоке, созданная поперечным разрядом постоянного тока // ТВТ т. 42 №1 (приложение) 2010
3. Моралев И. А., Климов А. И., Преображенский Д. С., Толкунов Б. Н., Кутлалиев В. А.. Взаимодействие емкостного ВЧ-разряда с закрученным течением в трубе //ТВТ т.42 №1 (приложение) 2010
4. Klimov A., Bitiurin V., Tolkunov В., Moralev I, Zhirnov К., Plotnikova M., Minko К., Kutlaliev V. Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity HF Discharge // AIAA paper 2008-1386
5. Klimov A., Bitiurin V., Tolkunov В., Moralev I. Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity Coupled HF Discharge // AIAA paper 2009-1046
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и задачи диссертационной работы и изложено её краткое содержание.
В первой главе приводится критический обзор работ, посвященных взаимодействию плазмы газового разряда с закрученными течениями. Отмечается, что на данный момент отсутствуют работы, посвященные влиянию закрученного течения на горение одноэлектродного ВЧ разряда. Кроме того, на данный момент все работы, в которых изучается влияние эффектов неравновесного тепловыделения в разряде на вихревое течение, носят теоретический характер.
Во второй главе приводится схема экспериментальной установки, а также описание использованных методик определения параметров плазмы газового разряда и характеристик закрученного потока.
В §2.1 описывается экспериментальная установка- вихревая труба (ВТ-1), созданная автором для изучения взаимодействия плазмы различных электрических разрядов с закрученным течением в канале. Схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки ВТ-1: I - завихритель; 2 - кварцевая труба; 3 -электрод; 4 - экран; 5 - датчик давления;
6- вакуумная камера; 7- делитель напряжения; 8 - пояс Роговского
Закрутка потока осуществлялась с помощьк завихрителя Л причем параметр закрутки мог изменяться в пределах от 0 (прямой поток) до -1,5 (сильная закрутка) путем изменения отношения расходов (^м и (), через прямой и тангенциальный вводы газа. Степень закрутки потока в установке
8
контролировалась параметром 2=()/(()ах+ (),). В качестве рабочих газов использовались азот, аргон и лабораторынй воздух. Расходы газа могли изменяться в диапазоне 0+20 г/с. Рабочая секция установки была выполнена из куска кварцевой трубы 2 диаметром 36+60 мм и длиной от 40 см до 1 м. Открытый ее конец соединялся с атмосферой или с вакуумной камерой б. Параметры закрученного потока при атмосферном давлении на выходе канала следующие:
максимальная тангециальная скорость 30 м/с максимальная продольная скорость 15 м/с радиальный перепад давления 5 торр.
Параметры закрученного потока при низком давлении в выходной камере (40 торр) следующие:
максимальная тангециальная скорость 130 м/с максимальная продольная скорость 60 м/с радиальный перепад давления 16 торр.
В зависимости от значения параметра 2, в установке реализовывалось два типа течения - слабозакурученный поток (при 2<0,4) с однородным профилем осевой скорости по сечению и сильно закрученный поток при 2>0,44 с возникновением на оси канала возвратного течения (рис.2). Значение 2=0,4 приблизительно соответствует критической величине параметра закрутки потока 5 = ОДОахИ. ,1-0,6 (где <3, и б^*- потоки момента импульса и импульса через сечение канала), разделяющей области слабой и сильной закрутки потока [11].
« ^ > и
V, • V,
Ч, г") • Ч
Рис. 2. Распределения компонент скорости в канале установки при различных значениях слева- 2=1. 5=1,5, справа- 2=0,Ъ, 5=0.5, Р=1атм.
ВЧ разряд в вихревом потоке создавался на электроде - игле, выполненной из вольфрама толщиной 2 мм 3. Противоэлектродом. на который разряд замыкался токами смещения, служил специальный экран 4. Продольный емкостной ВЧ разряд одноэлектродного типа создавался с помощью модифицированных ламповых ВЧ генераторов на частоте 450 кГц и 13,6 МГц, а
также генератора на основе транзисторного преобразователя частоты на частотах 350-И50 кГц. Электрическая мощность, вложенная в разряд, не превышала 1,5 кВт. Разряд создавался в непрерывном и импульсно-периодическом режимах возбуждения с частотой модуляции до 10 кГц.
Диагностический комплекс установки включал в себя датчики давления 5, термопары, модернизированный автором вращающийся датчик давления для измерения компонент скорости в закрученном потоке, оптические спектрометры высокого разрешения с регистрацией спектра, пространственно-разрешенной по высоте щели, оптический интерферометр Майкельсона с системой высокоскоротной регистрации интерферограммы, средства измерения тока и напряжения разряда, емкостные электрические зонды.
Методики измерения параметров закрученного течения, использованные в работе, описаны в §2.2. Для определения температуры в потоке был создан оптический интерферометр Майкельсона. Обработка интерферограмм проводилась с помощью обратного преобразования Абеля в предположении о доминирующем вкладе нейтральных невозбужденных молекул газа в показатель преломления. Вычисление Абелевского преобразование проводилось с помощью написанной автором программы методом аналитического интегрирования интерполяционных полиномов 2-го порядка [12]. Распределение статического давления вдоль стенки канала и оси трубы изучалось с помощью датчиков давления с открытым торцом. Подробные измерения распределений давления и компонент скорости в закрученном потоке осуществлялись модернизированным автором вращающимся насадком и датчиком давления.
Методики измерения параметров плазмы газового разряда, использованные в работе, описаны в §2.3. Температура электронов, определялась по относительной интенсивности линий атомарного вольфрама, температура газа в разряде определялась из анализа спектра излучения второй положительной системы азота с помощью программы БРЕСАШ [13], а также из теплового излучения частиц- продуктов эрозии электрода. Распеделения ампдитуды и фазы ВЧ напряжения вдоль канала одноэлектродного ВЧ разряда определялись с помощью емкостного зонда. Далее, из этих измерений определялась величина приведенного поля в плазме разряда, оценивалась проводимость плазмы и концентрация электронов.
В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха.
§3.1 посвящен изучению режимов горения одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке при следующих параметрах: давление Р=760 торр, число
Маха потока М~0,1. параметр закрутки потока 8=0-И,5, мощность разряда 0-1 кВт, частота питающего напряжения /=450 кГц.
В условиях свободной конвекции в поле тяжести земли, одноэлектродный ВЧ разряд с частотой 450 кГц в исследуемом диапазоне мощностей реализуется в режиме сильноточной ВЧ короны. Обнаружено, что в прямом потоке разряд также существует в виде ВЧ короны. При увеличении параметра закрутки потока, каналы короны группируются вблизи оси вихря, и затем формируют однородный ярко светящийся шнур, вытянутый по направлению к завихрителю. В этом режиме разряд по своим свойствам наиболее близок к неравновесному факельному разряду. Увеличение мощности, вкладываемой в разряд, при неизменных расходах воздуха через завихритель, также приводит к переходу разряда в форму протяженного факела. На рис.3 приведена диаграмма, иллюстрирующая границы области существования различных форм одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке.
о I ■ I ■ I ■ I ■ I ......... ■ | ■ . - Т—
0)2345678« 10 11
Рис. 3. Области существования различных типов продольного емкостного ВЧ-разряда в закрученном потоке в зависимости от параметров закрутки 5 (соотношения тангенциального расхода 2, и осевого расхода Qas). Кружками указаны точки, в которых измерена скорость газа на оси вихря Прямой показана линия 2=0,4
Переход разряда в факельный режим приводит к росту разрядного тока и увеличению вкладываемой мощности при постоянном напряжении на электродах. Основной причиной этого является, по-видимому, падение импеданса промежутка за счет увеличения емкостной связи разряда с землей.
В §3.2 приводятся результаты исследования свойств плазмы разряда при атмосферном давлении, параметре закрутки потока ~1, и токе разряда -170 мА. При данных условиях разряд существует в режиме протяженного факела.
Температура и степень неравновесности плазмы в области разряда определена с помощью метода оптической спектроскопии, на основании анализа спектра излучения второй положительной системы молекул N2. Показано, что температура в канале разряда составляет от 600 до 2100 К, при этом максимум температуры достигается на оси разряда на расстоянии 12 см от электрода (при общей длине канала разряда ~20 см), рис.4. Колебательная температура для первых 3-х уровней N2 практически неизменна по диаметру разряда и составляет 3500^-4000 К. Максимальная степень неравновесности плазмы достигается на периферии факела, а также вблизи его кончика. Возможно, это объясняется наличием большого радиального поля на периферии канала разряда. Диаметр тепловой каверны, образованной разрядом, много больше, чем его световой диаметр (в первом приближении соответствующий зоне протекания тока).
Рис. 4. Характерное распределение температуры в факельном ВЧ разряде; Ус-20 м/с,. 1не = 168 мА, <ЫНР>=240 Вт
Далее приводятся результаты измерений и оценок электрических характеристик разряда. Распределения амплитуды и фазы электрического поля вдоль канала разряда измерены с помощью емкостного зонда, перемещаемого между экраном и кварцевой трубкой, и приведены на рис.5.
о 13 гй 30 9 ,5 го ;з
г.ш г.г»
Ряс. 5. Измеренные емкостным зондом фаза (слева) и амплитуда (справа) ВЧ напряжения на разряде; 220 мА. К,-20 м/с,. = 168 мА, <Ы№>=240 Вт
На основании этих данных, амплитуда ВЧ поля в разряде составляет ~500 В/см, сдвиг фазы напряжения на зонде относительно напряжения на электроде меняется от 0 до л/2 в области головки факела. При оценке поля учитывалось, что коэффициент емкостного делителя, образованный плазмой разряда, головкой зонда и заземленным экраном, составляет ~5. Полученные значения поля позволяют оценить приведешюе поле на оси разряда £>N-10-12 Тд. Исходя из светового диаметра канала, общего тока в разряде и поля на оси факела, величина проводимости плазмы вблизи электрода составляет £Т~5 10Ч Ом"1см"'. Тогда электронная концентрация в данной области с точностью до порядка величины равна Л^-Ю12 см'3.
Далее в работе проводится сравнение одноэлектродного разряда с моделью эквивалентной распределенной длинной линии. При частоте 350 кГц, и длине разряда -30 см данная модель может быть сведена к модели полубесконечной ЯС цепи. Параметры линии выбраны исходя из сопротивления участка канала разряда и погонной емкости разряда относительно внешнего электрода (оценена на основании максимального диаметра разряда). В условиях сильного затухания волны, решение телеграфного уравнения для линии с однородными по длине параметрами дается в виде:
и=и0ехр(-цх) со5(!а+Ш); (тКС/2)05, (1)
где ¡1 — коэффициент затухания волны. Для параметров линии С~0,24 пФ/см, Д~2,3 кОм/см, и частоты ВЧ напряжения /=350 кГц характерная длина затухания волны составляет ]/(1теар ~72 см. В то же время, длина затухания оценивается из рис.4 как 1/цзкс„~\Ъ см. Наблюдаемое расхождение может объясняться изменением реальных параметров линии (погонной емкости и индуктивности) по длине разряда.
В качестве материала для дальнейшего развития модели длинной линии, далее определены вольт-амперные характеристики двухэлектродного продольного разряда, горящего на оси вихря, в диапазоне разрядных токов 6СН-220 мА в закрученном потоке воздуха. При снятии ВАХ, параметры течения (расходы газа, давление и температура) совпадали с параметрами течения в предыдущем эксперименте. Показано, что в рассматриваемом диапазоне параметров ВАХ положительного столба разряда является падающей, что характерно для положительного столба контрагированного тлеющего разряда в воздухе. Напряженность электрического поля в разряде составляет в данном случае -200^700 В/см, что приблизительно соответствует величинам, полученным с помощью емкостного зонда в одноэлектродном разряде.
В §3.3 описываются результаты изучения структуры и динамики распространения одноэлектродного ВЧ разряда в импулъсно-периодическом режиме при атмосферном давлении и сильной закрутке потока (режим
образование зоны возвратного течения). В данном режиме, каждый последующий импульс распространяется в полях плотности, температуры и концентрации возбужденных частиц, определяемых предыдущей историей горения разряда. Поэтому изучение этого режима необходимо для понимания процесса формирования протяженного факельного разряда из ВЧ короны в закрученном течении.
На рис.6 представлены фотографии последовательных импульсов ВЧ-разряда. Показано, что на стадии распространения можно условно разделить ВЧ-разряд на две области: область сформировавшегося факела, вытянутого по оси трубы, и область головной плазменной короны, состоящей из искривленных каналов. При этом плазменный факел удлиняется от импульса к импульсу вверх по потоку со скоростью -10 м/с. Скорость движения головки факела не зависит от частоты следования импульсов. Необходимо отметить, что полученная в экспериментах скорость «головки» разряда близка к характерному значению скорости возвратного течения на оси трубы.
Далее приводятся интерферограммы испульсно-периодического разряда на стадии распространения (рис.7). Показано, что при горении разряда на оси вихря образуется тепловая каверна- область пониженной плотности, граница которой движется по направлению к завихрителю с характерной скоростью -10 м/с. Показано, что на передней границе прогретой зоны возникают каналы ВЧ короны с температурой на оси -600 К и тепловым диаметром -2 мм.
Я= 1 атм, Кг-20 м/с, F„~ -8 м/с, U~20 kB, Fa,=250 Гц, i=500 мкс. Закрученный поток движется справа налево. Яркость инвертирована
Интерферограммы обработаны с помощью обратного преобразования Абеля. При обработке предполагалось, что основной вклад в показатель преломления дают нейтральные невозбужденные молекулы воздуха. Температура в каверне между импульсами составляет 600-Н000 К на различном удалении от электрода. При подаче ВЧ импульса, на фоне «теплого» газа образуется канал разряда, в котором температура достигает 2000-^3000 К.
В §3.4 проведен анализ результатов, изложенных в третьей главе. Переход разряда из режима ВЧ короны в режим факельного разряда объясняется возникновением области пониженной плотности на оси вихря вследствие всплывания горячих каналов ВЧ короны к оси трубы. При формировании зоны обратных токов, теплообмен разрядной области с внешним потоком и вынос возбужденных частиц из зоны разряда ослабляются, соответственно увеличивается средняя температура в области горения разряда, падает плотность газа и растет концентрация возбужденных частиц и отрицательных ионов. Рост скорости процессов термической и ассоциативной ионизации приводит к падению напряженности электрического поля. Следствием этого является уменьшение скорости распространения разряда относительно газа. При этом, скорость границы разряда определяется в первую очередь скоростью потока в данной точке. Данные представления подтверждаются близостью скорости распространения головки факела в импульсно периодическом режиме, скорости границы тепловой каверны и скорости противотока на оси трубы.
Численное моделирование закрученного течения с одноэлектродным ВЧ разрядом наталкивается на трудности, связанные со сложной структурой источника теплоты, а также с необходимостью учета неравновесного возбуждения колебательных степеней свободы. В первом приближении, имеет смысл рассмотреть влияние локального равновесного тепловыделения на параметры и структуру закрученного течения в канале. В качестве локального источника равновесной плазмы в работе использован разряд постоянного тока, горящий при атмосферном давлении.
Рис. 7. Интерферограмма одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке; Л»=150 Гц, 7=2,5 мс,/=350 кГц £>«= 5 г/с, 2,= 5 г/с, г«,=40 икс
В четвертой главе приводятся результаты исследования взаимодействия плазменного образования, созданного источником постоянного тока, с закрученным газовым потоком.
§4.1 посвящен описанию структуры поперечного разряда постоянного тока в потоке азота и воздуха атмосферного давления с различной степенью закрутки. Показано, что увеличение расхода газа через завихритель с 2 до 9г/с приводит к возникновению зоны равновесной плазмы, вытянутой вверх по потоку от местоположения электродов (рис.8). Показано, что в плоскости электродов в диапазоне токов 0,5+2 А разряд представляет собой два шнура-анодный и катодный, закрученных в спираль в направлении вращения потока, с областью диффузного свечения на оси потока (рис.9). Визуальная толщина шнуров вблизи составляет приблизительно 1 мм. Оба шнура испытывают изгибные колебания с длиной волны -~8 мм, не наблюдавшиеся в прямом потоке. Горение разряда нестационарно - при удлинении каналов и их приближении к противоположному электроду происходит пробой газа между шнуром и электродом и перезамыкание дуги.
Рис. 8. Фотографии разряда при различных параметрах закрутки потока: слева - 0=2 г/с, слабая закрутка; справа - 2=9 г/с, сильная закрутка. / - электроды, 2 -протяженное плазменное образование
Рис. 9. Кадры высокоскоростной визуализации разряда; Р=\ атм, М=0,1,1=2 А, Лд=1,3 кВт
Далее приводятся параметры плазмы в протяженном плазменном образовании (2, см. рис.8). Температура электронов определялась методом относительных интенсивностей линий атомарного вольфрама №' I, температура газа оценивалась по планковскому спектру эрозионных частиц. Показано, что
температура электронов здесь равна ~ 0.33 эВ и близка к газовой температуре ~3000 К. При такой низкой температуре электронов, процессы ионизации электронным ударом имеют крайне малые сечения, а время распада плазмы при атмосферном давлении и температуре газа -3000 К определяется константой диссоциативной рекомбинации и составляет -Ю^Ю"7 с. Таким образом, протяженное плазменное образование формируется из нагретого газа и продуктов эрозии электрода, выносимых из области разряда возвратным течением газа. При этом, область тепловыделения в разряде можно представить в виде кольцевой зоны небольшой протяженности, расположенной в плоскости электродов. Эта геометрия источника равновесного тепловыделения использовалась при численном моделировании течения в канале (см. §5.3).
В §4.2 приводятся параметры плазмы продольного разряда постоянного тока в вихревом течении воздуха при следующих экспериментальных условиях: давление воздуха 760 торр, ток в разряде ~200 мА, окружное число Маха М,=К/с -0,1. Плазма положительного столба разряда имеет температуру -3000 К.
В этом же разделе приведены интерферограммы обтекания продольного разряда в закрученном и прямом потоке воздуха. Показано, что закрутка потока приводит к стабилизации границы разряда по отношению к неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.
В пятой главе приводятся результаты измерения параметров закрученного потока при горении в нем ВЧЕР и разряда постоянного тока. Для выявления общих закономерностей, эксперименты проведены как для закрученного течения в трубе, так и для неограниченного стенками линейного вихря. В работе приводятся данные для следующих конфигураций:
сильно закрученный поток в трубе с поперечным дуговым разрядом постоянного тока и одноэлектродным ВЧЕР,
свободное закрученное течение с продольным разрядом постонного тока, вихревое течение за треугольным крылом с одноэлектродным ВЧ разрядом.
В §5.1 приводятся данные о влиянии одноэлектродного ВЧ разряда на параметры сильно закрученного течения воздуха в канале (5~1,5). Исследуется влияние разряда на распределение статического давления вдоль оси закрученного течения.
В первом разделе приведены результаты исследований при давлении 760 торр и числе Маха М~0,1. Показано, что зажигание разряда приводит к росту давления на оси канала до 90% от начального разрежения при вложенной мощности -1,5 кВт (безразмерный энерговклад Т>г.=Ые/(срТ0О)~\.2), и
соответствующему уменьшению радиального градиента давления в вихре. Обнаружено, что в диапазоне мощностей энерговклада ЗОСИЗООВт (Оа=0,25-1) разрежение на оси вихря зависит от вложенной в разряд мощности как
'___(2)
О [ + 70а Юа
Далее приводятся аналогичные данные для случая низкого давления газа Р=40 торр и числа Маха М,~0.4. Обнаружено, что зажигание разряда при безрамерном энерговкладе Оа~1.3 приводит к уменьшению разрежения на оси вихря на 30% от его величины в холодном потоке. Рост давления на оси наблюдается по всей доступной для измерений длине трубы (рис.10).
контроль : На оси » Р>( 4 Настенке * Р с разрядом 1 * Р ■ 1 * р.
*
1 1 щщя яра ...........; Ш.тй......................
-30 -20 -10 О 10 20
г. см
Рис. 10. Распределение статического давления вблизи оси вихря. Продольный ВЧ разряд, <2г б.Зг/с, №)= 2.5 кВт, Р„= 60 торр; положение электрода :=0. Область разряда отмечена
штриховкой
В §5.2 описано влияние поперечного дугового разряда постоянного тока на распределение давления в закрученном течении в трубе при следующих условиях эксперимента: давление воздуха ~760 торр, выделяемая мощность Ыег~0-4,3 кВт, безразмерный энерговклад 0а~0-0,55. Распределения статического давления по радиусу канала приведены на рис. 11а. Видно, что при мощности разряда -1,3 кВт (0а=0,55) давление на оси канала увеличивается на 20% от исходного разрежения на оси трубы. Увеличение выделяемой в разряде мощности с 300 до 1300 Вт приводит к увеличению диаметра центральной области с малым градиентом давления с 8 до 12 мм. При этом, давление на оси канала остается постоянным (рис. 116).
о ю 20 ■ ''...............V:.....................:........
Я. ММ
Рис. 11. Радиальные распределения давления в сечении ; = - 6мм от электродов: а-полученные в эксперименте при различных значениях энерговклада при Р=\ атм, М,=0,1, £>=9 г/с; б - полученные в расчете при атм, М,=0,02, 2=9 г/с
В этом же разделе приводятся данные численного моделирования закрученного течения в трубе с локальным источником тепловыделения (расчет проводился Завершинским И.П., Молевич Н.Е., Порфирьевым Д.П.). Геометрия канала, расходы газа через завихритель и параметры разряда взяты из описанного выше эксперимента. Радиальная зависимость объёмного источника нагрева (моделирующего нагрев в разряде) соответствует преимущественному выделению тепла (-70 %) в кольцевом цилиндре с радиусами 0.5Е </■< Л, длиной Ь = 1 см, что соответствует структуре разряда, описанной в § 4.1. Положение центра источника г=0.4 м. Полная мощность разряда считалась равной 1,2 кВт (0а~0.5). Возбуждение внутренних степеней свободы в разряде не учитывалось.
В расчете показано, что при расходе воздуха через завихритель, взятом из эксперимента, тепловыделение в разряде не приводит к исчезновению области возвратных токов на оси вихря. Это подтверждает предположение о том, что формирование протяженной ярко светящейся области на оси вихря при больших расходах газа через завихритель (см. §4.1) обусловлено выносом эрозионных частиц из зоны разряда.
В расчете также получено уменьшение разрежения в закрученном течении на -20% при включении разряда (рис.116). На радиальньгх распределениях статического давления видно увеличение диаметра области малого радиального градиента давления по оси трубы. При этом, в расчете среднее давление в канале выше по потоку от области энерговыделения падает. Это расхождение можно объяснить малыми, по сравнению с экспериментом, тангенциальными скоростями потока. Таким образом, показано качественное соответствие экспериментальных данных результатам численного модлирования. Отсутствие экспериментальных данных о распределении скорости не позволяет провести более полное сравнение.
В §5.3 описаны изменения, происходящие в свободном (неограниченном стенками) вихревом течении под действием продольного разряда постоянного тока, горящего на оси вихря (см. §4.2).
С помощью вращающегося датчика давления получены радиальные распределения статического давления и тангенциальной скорости (рис.12). Видно, что при вкладываемой мощности N,.¿=200 Вт (0а~0.15) зажигание разряда приводит к уменьшению разрежения на оси вихря на 25%, падению плотности на оси вихря на 50%, а также к уменьшению максимальной тангенциальной скорости в ядре вихря на 20% от их значений в невозмущенном течении.
Проведено сравнение полученных экспериментальных данных с результатами одномерного численного моделирования, опубликованными в [7,10]. В расчете показано, что как равновесное, так и неравновесное тепловыделение в разряде на оси вихря в конечном счете приводит к увеличению диаметра вихря, падению давления на его оси и перераспределению окружной скорости.
Качественное совпадение результатов эксперимента и расчета подтверждает основные выводы работы [7].
■ без разряда
■ сразрщсм
5м р»м*чд» £ рв!^0М
Рис. 12. Распределения давления (слева) и окружной скорости (справа) в закрученном потоке за разрядом; 200 Вт, Р=1 а™, 2=Ъ см.
В связи с прикладным значением задачи управления течением за треугольным крылом, в §5.4 рассмотрено взаимодействие одноэлектродного ВЧ разряда с коническим вихрем, образованным в результате обтекания передней острой кромки треугольного крыла под малым углом атаки. Угол атаки крыла изменялся в пределах 6+25°, скорость набегающего потока 5^-30м/с, число Рейнольдса 104+7 104, статическое давление в свободном потоке составляло Р~1атм. Принципиальная схема эксперимента приведена на рис.13.
Показано, что при частоте /-13.6МГц и мощности в разряде А'е/<1 кВт разряд существует в факельной форме только в диапазоне углов атаки <20° и скоростей потока до 10м/с. Распределения статического и полного давления
показывают, что в рассматриваемом случае область возвратных течений в потоке отсутствует. Продольная скорость на оси вихря составляет примерно 40% от скорости набегающего потока, тангенциальная скорость ~6м/с.
Трубка
Рис. 13. Схема установки с аэродинамической моделью: I - диэлектрическая модель крыла, 2 - вихревой жгут, 3 - ВЧ разряд, 4 - нагруженный электрод, 5 - датчик давления
Изучение влияния разряда на параметры конического вихря за треугольным крылом проводилось при угле атаки а~6°, скорости набегающего потока К„у=25м/с и числе Рейнольдса Ке=104-7-104, Распределение статического и полного давления по радиусу вихря (рис.14), полученные при Л'е/~500 Вт фа~0.2) свидетельствуют об увеличении диаметра области пониженных давлений торможения на 10% и уменьшении разрежения на оси вихря на 30% по сравнению с невозмущенным течением.
эоа!
Г
\ •
у
2601 5 кхн 2 »\
/
\У
Рис. 14. Профили статического (слева) и полного давления (справа) при отсутствии разряда (У) и с включенным разрядом (2); а= 6°, см, Уч/=23 м/с, Кг$00 Вт
Таким образом, продемонстрировано, что в диапазоне величины безразмерного энерговклада Оа-0,15-И и давлений 40^750 торр, чисел Маха 0,1-Ю,5 влияние разряда на течение проявляется в уменьшении разрежения на оси течения до 90%, а также в уменьшении максимальной тангенциальной скорости в ядре вихря до 20% от значений в невозмущенном течении.
В приложении приведены радиальные распределения давления и компонент скорости в установке ВТ-1 для основных режимов, использованных в работе.
В заключении сформулированы основные результаты работы:
1. Создана экспериментальная установка ВТ-1, позволяющая проводить изучение взаимодействия закрученных течений различных . газов с плазмой ВЧЕР при давлении 40760 торр, числе Маха потока Мс=0,1^0,5, мощности энерговклада в разряд до 2,5 кВт.
2. Создан и отлажен диагностический комплекс, позволяющий измерять параметры плазменных образований, электрических разрядов и закрученного газового потока. В этом комплексе использованы оригинальные методики, такие как:
- модернизированный вращающийся датчик давления для измерения компонент скорости в вихревом потоке,
- оптический интерферометр с системой высокоскоростной регистрации интерференционных картин,
- одновременное использование спектроскопии высокого разрешения и скоростной оптической интерферометрии (или скоростной теневой съемки),
Реализован алгоритм обратного преобразования Абеля для ингерферограмм с последующим определением плотности и температуры газа.
3. Впервые проведено исследование различных типов плазменных образований, созданных одноэлектродным ВЧЕР (/г=0,45 МГц; 13,6 МГц, Л(да=0,2+2 кВт), в высокоскоростном закрученном потоке воздуха. Определены границы областей существования этих образований в зависимости от параметров потока (Рот=760 торр, М(=0,1, параметр закрутки 5- 0+1,5) и параметров ВЧ разряда (И,г0-4,5 кВт, /=450 кГц). Определена роль возвратного течения в вихре в формировании протяженного факельного ВЧ разряда. Изучена структура и динамика формирования протяженного плазменного образования в закрученном потоке при импульсно-периодическом подводе ВЧ мощности. Обнаружено одновременное формирование ВЧ короны и протяженного факельного ВЧ разряда в закрученном потоке.
4. Измерены параметры плазмы протяженного плазменного образования, созданного ВЧЕР (/=0.35 кГц, N¿=220 Вт) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 40^760 торр и числах Маха потока М(~0,1-Ю,5. При токе разряда /=168 мА и мощности N,./=240 Вт (удельный энерговклад -10 Вт/см3) параметры плазмы разряда следующие: максимальная газовая температура Г|_тн=2100±200К, концентрация электронов А^ идг^Ю12 см'3, колебательная температура 7'„=4000±500 К,
продольное ВЧ поле на оси факела Евч~500 В/см, приведенное поле Ен<уУ~ 12 Тд, приведенное поле на границе факела 50+70 Тд. Максимальная степень неравновесности достигается на границе разряда и составляет ц= Т/Т£>5.
5. Экспериментально исследовано влияние плазмы протяженного ВЧЕР и плазмы разряда постоянного тока на параметры закрученного течения воздуха в трубе при давлениях 40+760 торр и числах М(=0.1+0.4. Показано, что создание протяженного плазменного образования при безразмерном энерговкладе Ба~1 приводит к росту давления на оси вихря до 90% от начального разрежения, и соответствующему уменьшению градиентов давления в приосевой области течения (вплоть до нулевых значений). Обнаружено, что рост давления обратно пропорционален вложенной в разряд мощности (в диапазоне величины безразмерного энерговклада Па=0,25+1). Проведено сравнение экспериментальных распределений давления с результатами численного моделирования взаимодействия плазменного образования с сильно закрученным газовым потоком в канале при Р= 1 атм, Л',1~1,3 кВт, 0а~0,55, М=0,02. Показано, что локальное тепловыделение в канале уменьшает область обратных токов, но при больших параметрах закрутки противоток на оси вихря сохраняется. Показано качественное согласие экспериментальных результатов с расчетными.
6. Экспериментально исследовано влияние плазмы одноэлектродного ВЧР и плазмы разряда постоянного тока на параметры свободного закрученного течения воздуха при давлении 760 торр и числе Маха М(=0,1.
a. В случае разряда постоянного тока, при безразмерном энерговкладе с Иа-0,15 обнаружено уменьшение тангенциальной скорости в ядре вихря на 20% и уменьшение разрежения на 25%.
b. В случае одноэлектродного ВЧЕР, при безразмерном энерговкладе Ба~0,2 в вихревом жгуте за треугольным крылом обнаружено увеличение диаметра области пониженных давлений торможения на 10% и уменьшение разрежения на оси вихря на 30% по сравнению с невозмущенным течением.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа: плазматроны-М.: Наука. 1973. 232 с.
2. Тихомиров И.А., Власов В.А., Луценко Ю.Ю., Зорин А.А. И Изв. Томского политехнического университета. 2003.Т.306.№1. С.21-29.
3. Александров К.В., Грачев Л.П., Есаков КН., Федоров В.В., Ходатаев КВ..II ЖТФ 2006 г.76 №. 11 с.52.
4. Вихарев А.Л., Иванов О.А., Степанов А.Н. // Высокочастотный разряд в волновых полях. Горький. 1988. с.212.
5. Shibkov V.M. et.al. Microwave discharges in supersonic plasma aerodynamics // In: AIAA paper 2004-513.
6. Knight D., KolesnichenkoYu.F.,et.al. // In: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 7-10 January 2008, Reno, NV.
7. Казаков A.B. Влияние объемного подвода энергии на закрученные течения в спутном дозвуковом потоке. IIМЖГ 1998 №6 с.4.
8. Завершюский И.П., Климов А.И., Молевич Н.Е., Порфирьев Д.П. Эволюция вихря Рэнкина в газе с источником тепловыделения //ПЖТФ 2009 т.35 №7 с. 106.
9. Soukhomlinov V.S., Sheverev V.A., Otiigen М. V. Evolution of a Vortex in Glow Discharge Plasma // Phys. Fluids. 2005. V.17.058102.
10.Винниченко H.A., Осипов А.И., Уваров A.B. Эволюция одиночного вихря в однородной неравновесной среде // Веста. МГУ. Сер. 3. Физика, астрономия. 2009. № 3. с.77.
\\.ГуптаА.,ЛиллиА., СайредН. Закрученные потоки.-М.: Мир, 1987.
\2.Laux, С.О. "Radiation and Nonequilibrium Collisional-Radiative Models" von Karman Institute Lecture Series 2002-07 II Physico-Chemical Modeling of High Enthalpy and Plasma Flows, eds. D. Fletcher, J.-M. Charbonnier, G.S.R. Sarma, T. Magin, Rhode-Saint-Genuse. Belgium. 2002.
ХЪ.Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука. 1992.
Моралев Иван Александрович ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ С ЗАКРУЧЕННЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
Автореферат
Подписано в печать 10.11.2010
Печать офсетная
Тираж 100 экз._
Уч.-изд.-л. 1.5 Заказ N 123
Формат 60x48/16 Усл.-печ.л. 1.3 Бесплатно
ОИВТ РАН. 125412. Москва, Ижорская ул., д.13, стр.2 24
Введение.
Глава 1. Обзор литературы по теме диссертационной работы.
1.1 Одноэлектродные (инициированные) ВЧ и СВЧ разряды.
1.2 Факельный ВЧ разряд.
1.3 Горение электрических разрядов в закрученном потоке.
1.4 Взаимодействие вихревых структур с газовым разрядом.
1.5 Воздействие газового разряда на структуру вихревых течений в аэродинамических приложениях.
Глава 2. Описание экспериментальной установки и использованных методик измерения.
2.1 Схемы установок и описание плазмогенераторов.
2.2 Диагностический комплекс. Методы измерения параметров разряда и потока.
Глава 3. Влияние закрученного течения в канале на горение одноэлектродного ВЧ разряда.
3.1 Режимы горения одноэлектродного ВЧ разряда в вихре.
3.2 Определение параметров плазмы протяженного факельного разряда при атмосферном давлении.
3.3 Распространение импульсно-периодического ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при атмосферном давлении.
3.4 Исследование процесса горения одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при пониженных давлениях и больших числах
Маха.
Обсуждение результатов главы 3.
Выводы к главе 3.
Глава 4. Взаимодействие плазменного образования, созданного источником постоянного тока, с закрученным газовым потоком.
4.1 Горение поперечного разряда постоянного тока в течении с большим параметром закрутки.
4.2 Определение параметров продольного разряда постоянного тока, горящего на оси вихря.
Выводы к главе 4.
Глава 5. Влияние плазменных образований на параметры закрученного течения.
5.1 Влияние плазменного образования, созданного одноэлектродным ВЧЕР на параметры сильно закрученного течения в трубе.
5.2 Воздействие поперечного разряда постоянного тока на течение с большим параметром закрутки.
5.3. Влияние продольного тлеющего разряда постоянного тока на закрученное течение в открытом пространстве.
5.4 Взаимодействие разряда с закрученным течением за треугольным крылом.
Обсуждение результатов главы 5.
Выводы к Главе 5.
Актуальность
В настоящее время активно развивается новая область науки и техники: магнитоплазменная аэродинамика (МПА). Основной задачей плазменной аэродинамики является управление аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел (такими как подъемная сила, сила сопротивления, моменты и др.) с помощью плазмы газового разряда. Особое место в этих исследованиях отводится изучению управления вихревыми течениями вблизи обтекаемых тел. Такие исследования важны для управления пограничным слоем, отрывом потока, подъемной силой крыла и др. с помощью плазменных образований. К сожалению, физика взаимодействия вихря с плазмой газового разряда в настоящее время изучена недостаточно. Для понимания физических механизмов такого взаимодействия необходимо ответить на два основных вопроса:
1. Как влияет закрученное течение на структуру конкретного газового разряда и параметры плазмы в нем.
2. Как процессы в плазме газового разряда отражаются на структуре закрученного течения.
В связи с тем, что практическая задача управления сформировавшимися вихревыми течениями предполагает воздействие на поток на некотором расстоянии от поверхности летательного аппарата, для её решения наиболее перспективными представляются безэлектродные и одноэлектродные электрические разряды, возбуждаемые в ВЧ и СВЧ диапазонах.
Вопрос о влиянии закрученного течения на устойчивость и параметры газового разряда детально исследовался при разработке плазмотронов с вихревой стабилизацией разряда. Необходимо отметить, что в таких устройствах используется, как правило, горячая равновесная плазма. В частности, ряд исследований был посвящен работе плазмотронов с мощным 6 дуговым разрядом [1], а также факельным разрядом. В этих работах исследователей больше всего интересовали вопросы тепловой изоляции горячей газоразрядной плазмы от стенок плазмотрона и ее устойчивости. Существующие электродинамические модели факельных плазмотронов [2-5] рассматривают разряд как однородный проводник с неизменными по длине параметрами течения. При этом не учитываются эффекты неравновесности, а также реальное распределение проводимости и диэлектрической проницаемости в разряде, что приводит к расхождению численных результатов с экспериментом.
С другой стороны, известно, что ВЧ и СВЧ разряды, в зависимости от режимов возбуждения и параметров окружающей среды, могут существовать в различных формах и режимах в высокоскоростном газовом потоке [6-13]. При этом, влияние закрутки потока на режим горения и параметры этих разрядов на данный момент изучалось только для случая довольно малых тангенциальных скоростей. В то же время, область применения этих разрядов включает, например, инициацию и поддержание процесса горения топлива в вихревых камерах сгорания и химических реакторах.
Влияние неравновесности возбужденного вихревого потока на его структуру и параметры рассматривалось в ряде работ [14-17]. Выводы этих работ зачастую взаимно противоречивы вследствие использования различных теоретических моделей. Сообщается о распаде вихря, его перестройке в результате взаимодействия или быстрой диссипации в неравновесном газе. Экспериментальные работы, которые бы позволили разрешить разногласия между теоретическими работами, на данный момент отсутствуют.
Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению взаимодействия газоразрядной плазмы одноэлектродного ВЧ разряда емкостного типа (ВЧЕР) с высокоскоростным газовым потоком.
Цель работы.
Изучение взаимодействия газоразрядной плазмы, созданной ВЧЕР, с высокоскоростным вихревым течением.
Для достижения этой цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
1. Создание экспериментального стенда для изучения взаимодействия газоразрядной плазмы, созданной ВЧЕР, с высокоскоростным закрученным течением.
2. Создание специализированного диагностического комплекса для измерения параметров плазмы разряда (температуры, плотности электронов, степени колебательной неравновесности), и трехмерного закрученного потока (давления, компонент скорости).
3. Получение устойчивых режимов горения ВЧЕР в высокоскоростном закрученном потоке воздуха в трубе и определение границ их реализации.
4. Измерение основных параметров плазменных образований в высокоскоростном вихревом газовом потоке. Определение структуры и динамики протяженного факельного ВЧ разряда в закрученном потоке.
5. Измерение основных параметров закрученного потока в канале и в свободном пространстве при горении в нем одноэлектродного ВЧ разряда.
6. Измерение основных параметров закрученного потока в канале и в свободном пространстве при горении разряда постоянного тока. Сравнение полученных данных об основных характеристиках потока с результатами численного эксперимента.
Научная новизна работы
1. Впервые определены границы областей существования различных форм ВЧЕР в закрученном потоке в зависимости от степени закрутки в диапазоне S=CK1.5. Показано, что возникновение возвратного течения при больших параметрах закрутки потока способствует переходу разряда в факельную форму.
2. Обнаружено, что границы областей существования различных форм одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке зависят от средней мощности ВЧЕР в диапазоне 200Вт -г-1 кВт.
3. Впервые изучена динамика и структура протяженного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при атмосферном давлении. Обнаружено одновременное существование протяженного ВЧ разряда и плазменной ВЧ короны в его головной части на стадии формирования разряда.
4. Измерены параметры (Т, Ne, Tv, EB4/N) плазмы протяженного ВЧ разряда в области малых ВЧ токов (1Вч<500 мА) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 40-760 торр и числе Маха потока М-0.1 0.5. Показано, что параметры плазмы ВЧЕР близки к параметрам тлеющего разряда в воздухе.
5. Впервые исследовано влияние плазмы протяженного факельного ВЧЕР и разряда постоянного тока на параметры закрученного течения воздуха в трубе и свободном пространстве при давлениях 40-760 торр. Показано, что зажигание разряда приводит к росту давления на оси вихря и уменьшению продольного градиента давления, причем рост давления линейно зависит от вложенной в разряд мощности. В случае свободного закрученного течения показано уменьшение тангенциальных скоростей в ядре вихря.
6. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных о параметрах течения с результатами численного моделирования закрученного течения с локальным источником теплоты.
На защиту выносятся следующие результаты и положения
1. Экспериментально определенные границы областей существования различных форм одноэлектродного ВЧ разряда в закрученном потоке в зависимости от параметра закрутки течения S=0-H.5 и мощности ВЧ разряда 200Вт - 1кВт. Вывод о роли возвратного течения в вихре в формировании протяженного ВЧ разряда.
2. Параметры (Т, Ne, Tv, Евч/N) плазмы протяженного ВЧЕР в области ВЧ токов (1<500мА) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 40-760 торр и числе Маха потока М-0.1 0.5.
3. Динамика и структура протяженного ВЧ разряда в закрученном потоке воздуха при давлении 760 торр и числе Маха потока М-0.1.
4. Параметры закрученного течения при горении ВЧЕР и без него при давлениях 760 торр и 40 торр и величине безразмерного энерговклада Da=0.1-1. Вывод об уменьшении градиентов давления в приосевой зоне вихря при зажигании разряда.
5. Параметры закрученного течения при горении разряда постоянного тока вблизи оси вихря и без него при давлении 760 торр, числе Маха М-0.1 и величине безразмерного энерговклада Da=0.1-1. Вывод об увеличении давления на оси вихря и снижении тангенциальной скорости в его ядре.
6. Результаты сравнения экспериментальных результатов с результатами численных расчетов для закрученного течения с локальным источником теплоты.
Научная и практическая ценность работы. Полученные экспериментальные результаты являются важными для развития физики плазмы, физики газового разряда, плазменной аэродинамики, физики стимулированного горения и др. Кроме того, полученные экспериментальные результаты могут быть использованы в областях практической аэродинамики, а также при проектировании плазмохимических реакторов с закруткой потока, авиационных двигателей, энергетике. Использование полученных результатов возможно в ЦАГИ, ЦНИИМАШ, ЦИАМ, МВЗ им. Миля, Институте механики МГУ, МРТИ РАН и ряде других организаций.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях:
1. 4th Intren. Workshop and Exhib. on Plasma Assisted Combustion (IWEPAC), 16-19 Sept 2008, Virginia, USA
2. The 8 International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, Moscow, March 31-April 2,2009 p
3. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FV, 7—11 January 2009
4. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, Jan. 710, 2008
5. Школа-Семинар по магнитоплазменной аэродинамике, ОИВТ РАН, Москва 2008
6. Школа-Семинар по магнитоплазменной аэродинамике, ОИВТ РАН, Москва 2010
По теме диссертации опубликовано 5 работ:
1. И.П. Завершинский, А.И.Климов, В.Г. Макарян, Н.Е. Молевич, И.А. Моралев, Д.П.Порфирьев. Об особенности свечения поперечного разряда в зависимости от массового расхода газа в вихревой камере // ПЖТФ, 2009, том 35, выпуск 24 с.59-66
2. И.П. Завершинский, А.И. Климов, В.Г. Макарян, Н.Е. Молевич, И.А. Моралев, Д.П. Порфирьев. Протяженная светящаяся область в вихревом потоке, созданная поперечным разрядом постоянного тока //ТВТ т.42 №1 (приложение) 2010
3. И. А. Моралев, А. И. Климов, Д. С. Преображенский, Б. Н. Толкунов, В. А. Кутлалиев. Взаимодействие емкостного ВЧ-разряда с закрученным течением в трубе //ТВТ т.42 №1 (приложение) 2010
4. Klimov A., Bitiurin V., Tolkunov В., Moralev I, Zhirnov К., Plotnikova M., Minko К., Kutlaliev V. Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity HF Discharge // In: Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity Coupled HF Discharge 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FV, 7-10 January 2008. AIAA paper 2008-1386 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.aiaa.org
5. Klimov A., Bitiurin V., Tolkunov В., Moralev I. Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity Coupled HF Discharge // In: Longitudinal Vortex Plasmoid Created by Capacity Coupled HF Discharge 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FV, 5-8 January 2009. AIAA paper 2009-1046 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.aiaa.org
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 160 страниц, включая 79 рисунков.
Основные результаты и выводы
1. Создана экспериментальная установка ВТ-1, позволяющая проводить изучение взаимодействия закрученных течений различных газов с плазмой ВЧЕР при давлении 40-^760 торр, числе Маха потока М{=0,1-Ю,5, мощности энерговклада в разряд до 2,5 кВт.
2. Создан и отлажен диагностический комплекс, позволяющий измерять параметры плазменных образований, электрических разрядов и закрученного газового потока. В этом комплексе использованы оригинальные методики, такие как:
- модернизированный вращающийся датчик давления для измерения компонент скорости в вихревом потоке,
- оптический интерферометр с системой высокоскоростной регистрации интерференционных картин,
- одновременное использование спектроскопии высокого разрешения и скоростной оптической интерферометрии (или скоростной теневой съемки),
Реализован алгоритм обратного преобразования Абеля для интерферограмм с последующим определением плотности и температуры газа.
3. Впервые проведено исследование различных типов плазменных образований, созданных одноэлектродным ВЧЕР (^=0,45 МГц; 13,6 МГц, Ди^О,2-^-2 кВт), в высокоскоростном закрученном потоке воздуха. Определены границы областей существования этих образований в зависимости от параметров потока (Рст=760 торр, М^ОД, параметр закрутки (Ы,5) и параметров ВЧ разряда (Ые/=СН-1,5 кВт,/=450 кГц). Определена роль возвратного течения в вихре в формировании протяженного факельного ВЧ разряда. Изучена структура и динамика формирования протяженного плазменного образования в закрученном потоке при импульсно-периодическом подводе ВЧ мощности.
Обнаружено одновременное формирование ВЧ короны и протяженного факельного ВЧ разряда в закрученном потоке.
4. Измерены параметры плазмы протяженного плазменного образования, созданного ВЧЕР (/=0.35 кГц, N<,¡=220 Вт) в высокоскоростном вихревом потоке воздуха при давлении 40-^760 торр и числах Маха потока Мг~0,1-Ю,5. При токе разряда/=168 мА и мощности Ые(=240 Вт (удельный о энерговклад -10 Вт/см) параметры плазмы разряда следующие: максимальная газовая температура Тг тах=2100±200 К, концентрация
12 3 электронов Ыетах=10 см", колебательная температура Гу=4000±500К, продольное ВЧ поле на оси факела Евч~500 В/см, приведенное поле Евч/И~ 12 Тд, приведенное поле на границе факела 50+70 Тд. Максимальная степень неравновесности достигается на границе разряда и составляет т]-ТУТ^>5.
5. Экспериментально исследовано влияние плазмы протяженного ВЧЕР и плазмы разряда постоянного тока на параметры закрученного течения воздуха в трубе при давлениях 40^-760 торр и числах Мг=0.1-Ю.4. Показано, что создание протяженного плазменного образования при безразмерном энерговкладе Оа—1 приводит к росту давления на оси вихря до 90% от начального разрежения, и соответствующему уменьшению градиентов давления в приосевой области течения (вплоть до нулевых значений). Обнаружено, что рост давления обратно пропорционален вложенной в разряд мощности (в диапазоне величины безразмерного энерговклада 0а=0,25-^-1). Проведено сравнение экспериментальных распределений давления с результатами численного моделирования взаимодействия плазменного образования с сильно закрученным газовым потоком в канале при Р=\ атм, Ыег-\,Ъ кВт, 0а-0,55, М=0,02. Показано, что локальное тепловыделение в канале уменьшает область обратных токов, но при больших параметрах закрутки противоток на оси вихря сохраняется. Показано качественное согласие экспериментальных результатов с расчетными.
6. Экспериментально исследовано влияние плазмы одноэлектродного ВЧР и плазмы разряда постоянного тока на параметры свободного закрученного течения воздуха при давлении 760 торр и числе Маха Мг=0,1. a. В случае разряда постоянного тока, при безразмерном энерговкладе с 0а~0,15 обнаружено уменьшение тангенциальной скорости в ядре вихря на 20% и уменьшение разрежения на 25%. b. В случае одноэлектродного ВЧЕР, при безразмерном энерговкладе Эа~0,2 в вихревом жгуте за треугольным крылом обнаружено увеличение диаметра области пониженных давлений торможения на 10% и уменьшение разрежения на оси вихря на 30% по сравнению с невозмущенным течением.
Благодарности
Автор хотел бы выразить искреннюю благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Климову А.И., д.ф.-м.н. Битюрину В.А., а также сотрудникам лаборатории №3.1.2 ИФТПЭ ОИВТ РАН за обсуждение результатов и помощь в проведении экспериментов. Также автор хотел бы поблагодарить Винниченко Н.А., Завершинского И.П., Молевич Н.Е. за численные расчеты, результаты которых использованы в работе.
1. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа: плазматроны М.: «Наука». 1973. 232 е.
2. Тихомиров И.А., Власов В.А., Луценко Ю.Ю., Зорин A.A. // Изв. Томского политехнического университета. 2003. Т.306.№1. С.21-29.
3. Качанов A.B., Трехов Е.С., Фетисов Е.П. // ЖТФ. 1970. Т.40. В.2.С.340-345.
4. Луценко Ю.Ю., Власов В.А., Тихомиров И.А. // ПЖТФ. 2006. Т.36. В.8. С. 23-27.
5. Власов В.А., Тихомиров И.А., Луценко Ю.Ю.// Известия Томского политехнического университета. 2003. Т.306. №4. С.56-59.
6. Trunecek V. Die Umwandlung der Fackelentladung in die Hochfrequentz-korona // Czech. J. Phys. 1960. V 10.
7. Trunecek V.// In: Proc. Conf. Unipolar High-Frequency Discharges. 1971. Brno. Folia Fac. Sei. Nat. University Brno, Physica.
8. K.B. Александров, Л.П.Грачев, И.И. Есаков, B.B. Федоров, K.B. Ходатаев.//ЖТФ. 2006 Т.76 № 11.
9. Вихарев А.Л., Иванов O.A., Степанов А.Н. //Высокочастотный разряд в волновых полях. — Горький. 1988. с.212.
10. ГолубевС.В., Грицинин С.И., Зорин В.Г., Коссый И.А., Семенов В.Е. // Высокочастотный разряд в волновых полях. — Горький. 1988. С.136.
11. Зарин A.C., Кузовников A.A., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ разряд в воздухе. — М.: Нефть и газ. 1996. 204с.
12. Shibkov V., Aleksandrov A., Chernikov V. et.al. Microwave Discharges: Fundamentals and Applications//In: 45th ALAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno. Nevada. Jan.8-11. 2007. AIAA-paper 2007-427.
13. Knight D., KolesnichenkoYu.F., et.al. Method of Vortex Flow Intensification under MW Filament Interaction with Shock Layer on Supersonic Body /An: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 7-10 January 2008. Reno, NV.
14. Завершинский И.П., Климов А.И., Молевич H.E., Порфирьев Д.П. Эволюция вихря Рэнкина в газе с источником тепловыделения //ПЖТФ. 2009. Т.35. №7.
15. Soukhomlinov V.S., Sheverev V.A., Ôtugen M.V. Evolution of a Vortex in Glow Discharge Plasma // Phys. Fluids. 2005. V.17. 058102.
16. Винниченко H. А., Осипов А.И., Уваров A.B. Эволюция одиночного вихря в однородной неравновесной среде // Вестн. МГУ. Сер. 3. Физика, астрономия. 2009. № 3. С.11.
17. Винниченко Н.А. // Диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. Москва, 2010.
18. Зилитинкевич С.И. //Телеграфия и телефония без проводов. 1928. №9. С20-27.
19. Бровкин В.Г., Колесническо Ю.Ф., Хмара Д.В. //Шаровая молния в лаборатории. М.: «Химия». 1994.
20. Гиндельбург В.Б., Гущин И.С., Двинин С.А. и др. // ЖЭТФ. 1990. Вып. 4. С.1151-1158.
21. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. — М.: Наука. 1992.
22. Попов. Н. Формирование и развитие лидерного канала в воздухе. // Физика плазмы. 2003.Т.23. №8. с.754-767.
23. Райзер Ю.П., Шнейдер M.H., Яценко H.A. Высокочастотный емкостной разряд: Физика. Техника эксперимента. Приложения. — М.: Изд.МФТИ. 1995.
24. Алферов В.И., Калачев Б.В. Устройство для визуализации присоединенных вихрей. // Авторское свидетельство № 200837. 1967.
25. Алферов В.И., Калачев Б.В. Визуализация вихревых течений сгаза при помощи высоковольтного разряда. // ПМТФ. 1968г. №2.
26. Гупта А., Лилли А., Сайред Н. Закрученные потоки. // М.: Мир, 1987.
27. Александров А.Ф., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Юсупалиев У. Плазменный тороидальный вихрь ввоздухе. // ТВТ. 1988. Т.26. №4. с.639-643.
28. Александров А.Ф., Исаев К.Ш., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Юсупалиев У. Особенности и временные характеристики излученияплазмы, ударно истекающейв воздух. // ТВТ. 1990. т.28. №6. С.1086-1092.
29. Капица П.Л. Свободный плазменный шнур в высокочастотном поле при высоком давлении // ЖЭТФ. 1696. Т.57. №7. С. 1801.
30. Мельниченко Д.М. // Шаровая молния в лаборатории. М.: «Химия». 1994.
31. Н.Е.Кочин, И.А.Кибель, Н.В.Розе Теоретическая гидромеханика, ч. 1. — М.: Физматгиз, 1963.
32. Gursul, Z. Wang and Е. Vardaki Review of Flow Control Mechanisms of Leading-Edge Vortices // AIAA paper 2006-3508.
33. Казаков A.B. //ТВТ. 1999. т. 37. №5. с. 758-764.
34. Казаков A.B. //ТВТ. 1999. т. 37. №2. с. 254-259.
35. Казаков A.B.// Изв.РАН. Механика жидкости и газа. 2005. № 1. С. 71-80.
36. Осипов А.И., Уваров A.B. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесной молекулярной физике. // УФН. т.162. №11. с. 1-42.
37. Молевич Н.Е. Отрицательная вязкость в динамике неравновесных газовых сред. // Диссертация на соискание степени доктора физико-математических наук. Самара. 2002.
38. Masaaki Hasegava. Amplification of Sound Waves in Partially Ionized Gases // Journal of the Physical Society of Japan. 1974. v.37 №1.
39. Александров H.JI., Кончаков A.M., Напартович А.П., Старостин A.H. Новый механизм усиления звука в слабоионизованной плазме. //ЖЭТФ. 1989. т.95. №7. с.1614-1624.
40. Ландау Л.Д., Лившиц В.М. Гидромеханика. -М.: «Наука». 1988.
41. Коган Е.А., Моисеев С.С. Молевич Н.Е., Тур A.B. Возбуждение вихревых структур в неравновесном молекулярном газе.// ЖТФ. 1985. Т.55. в.10. с.2036-2038.
42. Минаев И.М., Рухадзе A.A. Влияние плазменного слоя на вихревые структуры в потоке газа. //ЖТФ. 2005. т.75. в.2. с. 126128.
43. Грирорьев Ю.Н., Ершов И.В., Ершова Е.Е. Подавление вихревых возмущений в потоке релаксирующего газа. // VII Забабахинские научные чтения. Снежинск. 8-12 сентября 2003 г.
44. Голуб В.В., Савельев A.C. Исследование процесса формирования вихревых течений при инициировании диэлектрического барьерного разряда в покоящемся воздухе //ПЖТФ. 2010. Т.36. №21.
45. Opaits D., Neretti G., Zaidi S., et.al. DBD Plasma Actuators Driven by a Combination of Low Frequency Bias Voltage and Nanosecond Pulses //In: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2008 Jan. 7-10. AIAA-2008-1372.
46. Roth J. R., Sherman D. M. and Wilkinson S. P. Electrohydrodynamic Flow Control with a Glow Discharge Surface Plasma. //AIAA Journal. 2000. V. 38. №. 7. p. 1166- 1172.
47. Tereshonok D.V., Son E.E. Vortex Generation in Capacitive Discharge //In: 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2010. 4-7 January. Orlando, Florida. AIAA 2010-785.
48. Nedospasov A.V. The central problem of plasma aerodynamics IIIn: 6th International workshop on magnetoplasma aerodynamics. Moscow. 2005. May 24-27.
49. Александров В .Я., Подмошевский И.В., Салль С.А. Вихревое движение очага ионизации ввоздухе под воздействием электрического поля //ПЖТФ. Т. 12. №.7. С. 1230-1233.
50. Клементьева И.Б., Бочаров А.Н., Битюрин В.А., Особенности взаимодействия электрического разряда с газовым потоком во внешнем магнитном поле // Письма в ЖТФ. Т. 33. Вып. 22, 2007, С. 16 22.
51. Bocharov A., Klement'eva I., Klimov A.,.Bityurin V, A Study of MHD Assisted Mixing and Combustion in Couter-Flow Streams /Яn: The 43rd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV. 2005. AIAA Paper2005-0600.
52. Bocharov A., Bityurin V., Klement'eva I., Klimov A., Numerical and Experimental Study of MHD Assisted Mixing and Combustion //In: 44th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, NV. 2006. AIAA Paper2006-1009.
53. Saffman P.G. Vortex dynamics Cambridge University Press. 1992. C.311.
54. Pimonov E.A., Zheltovodov A.A., Knight D.D. Research of Shock Wave-Induced Vortex Breakdown Control by Energy Deposition /Яn: EUCASS. 2005. № 2.02.03.
55. Knight D., Kolesnichenko Yu., et.al. High Speed Flow Control Using Microwave Energy Deposition // In: 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2006. Jan. 9-12. AIAA-2006-794.
56. Knight D., Kolesnichenko Yu., Khmara D. Modeling of Microwave Filament Origination// In: 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2006. Jan. 9-12, AIAA-2006-794.
57. Lashkov V., Ivanov V., Kolesnichenko Yu., et.al. Gas-Dynamic Peculiarities of Microwave Discharge Interaction with Shock Wave Near the Body. // In: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2008. Jan. 7-10. AIAA-2008-1410.
58. Beauliue Wi., Bytiirin V., Klimov A., Leonov S., et.al. Plasma / Wind Tunnel Experiment with 1/6 Scale Model of Nose Part F-15 // In: AIAA 3rd Weakly Ionized Gases Workshop. Norfolk, VA. 1999. Nov. 1-5. AIAA-1999-4825.
59. Klimov A., L eonov S., Pachina A., Skvortsov,V., Cain T., Timofeev B. Influence of A Corona Discharge on the Supersonic Drag of an Axisimmetric Body. // In: AIAA 3rd Weakly Ionized Gases Workshop. Norfolk, VA. 1999. Nov. 1-5. AIAA-1999-4856.
60. Maslov A.A., Zanin B.Yu., Malmuth N. et.al. Plasma Control of Separated Flow Asymmetry on a Cone at High Angles of Attack // In: 42thAIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2004. 5-8 January. AIAA paper 2004-843.
61. Zijie Zhao , Huaxing Li et.al. Forward-Blowing Plasma Actuation over Forebody Asymmetric Vortex // In: 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. Orlando, Florida. 5-8 Jan 2009. AIAA paper 2009-752.
62. Roupassov D.V., Nikepelov A.A., Nudnova M.M., Starikovskii A.Yu. Flow Separation Control by Plasma Actuator with Nanosecond Pulsed-Periodic Discharge// AIAA Journal. 2009. V.47. №.1. p. 168-185.
63. Saveliev A.S., Golub V.V., Son E.E. et.al. Sliding Discharge for Aircraft Control // In: 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. Orlando, Florida. 2009. 5 8 January. AIAA paper 2009-696.
64. Konrath R., Klein C., Schroder A. PSP and PIV Investigations on the VFE-2 Configuration in Sub- and Transonic Flow. // In: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. 2008. 7-10 January. AIAA paper 2008-379.
65. Чжен П.К. Отрывные течения, т.2. М.: «Мир». 1972.
66. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы — М.: «Физматлит». 2006.
67. Каликин В.Э., Орлов И.О. Программа обработки интерферограмм интерферометра Маха — Цандера // Международная конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям. Новосибирск. 2002.
68. LIFBASE Database and Spectral simulation for diatomic molecules by Jorge Luque Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.sri.com/psd/lifbase/, свободный.
69. Khmara D.V., Kolesnichenko Yu.F., Software Package for kinetic and Spectra emission modeling at gas discharge plasma — M.: "Yanus-K", 2006.
70. Laux C.O., R.G. Gessman, et.al. Rotational temperature measurements in air and nitrogen plasmas using the first negative system of N2 //Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2001. V.68 P.473-482.
71. Charles de Izarra. UV OH spectrum used as a molecular pyrometer //J.Phys.D: J.Appl.Phys. 2000. V.33 P. 1697-1704.
72. S.V. Pancheshnyi, S.M. Starikovskaia, A.Yu. Starikovskii // Chemical Physics Letters. 1998. V.294. P.523-527.
73. Биберман JI.M., Воробьёв B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы — М.: «Наука». 1982.
74. Климов А.И. ,Битюрин В.А., Изучение плазменно-стимулированного горения углеводородного топлива в высокоскоростном потоке //Законы горения, под ред. Полежаева Ю.В., Москва, изд. РАН. 2006. с.93-100.
75. Ершов А.П., Черников В. А., Шибков В.М. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. //МГУ им. М.В.Ломоносова, Физический факультет. 2006.
76. Алфёров В.И., Бушмин А.С., Калачев Б.В. Экспериментальное исследование свойств электрического разряда в потоке воздуха. // ЖЭТФ. 1966 Т.51. №5. с. 1281.
77. Физические величины: справочник. Под.ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. //М.: Энергоатомиздат. 1991. 1232с.
78. ТО^оп М., Мспеа1 Я. // Т.СЬет.РЬуБ. 1977. У.66. Р.2696.
79. Кондратьев В.Н. Кинетика химических газовых реакций. — М.: изд-во АН СССР. 1958.
80. Веденин П.В., Розанов Н.Е. // ЖЭТФ. 1994. Т. 105. №.4. С.868-880.
81. Веденин П.В., Битюрин В.А. СВЧ разряд высокого давления в поле линейно поляризованных электромагнитных волн — Препринт ОИВТ РАН №8-499.
82. Веденин П.В., Битюрин В.А. Динамика энергетических характеристик микроволнового стримера — Препринт ОИВТ РАН №8-500.
83. Найдис Г.В. Динамика высокочастотного стримера в воздухе// ЖЭТФ. 1996. Т. 109. Вып. 4. С. 1288-1296.
