close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лазерно - инициированный СВЧ разряд в сверхзвуковом потоке воздуха

код для вставкиСкачать
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
ХОРОНЖУК РОМАН СЕРГЕЕВИЧ
Лазерно-инициированный СВЧ разряд в сверхзвуковом потоке
воздуха
Специальность 01.04.21 – Лазерная Физика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
Кандидата физико-математических наук
Санкт-Петербург
2015
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук, профессор,
заведующий кафедрой Общей Физики 1
СПбГУ
Машек Игорь Чеславович
Официальные
оппоненты:
доктор технических наук, Генеральный
директор – главный конструктор ОАО
«научно исследовательское предприятие
гиперхвуковых
систем»
холдинговой
компании «Ленинец»
Куранов Александр Леонидович
кандидат физико-математических наук,
старший научный сотрудник, федеральное
государственное бюджетное учреждение
науки Физико-технический институт имени
А.Ф. Иоффе Российской академии наук.
Лапушкина Татьяна Алексеевна
Ведущая
организация:
Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки
Объединённый
институт высоких температур РАН
(ОИВТ РАН)
Защита состоится «17» декабря 2015г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета
Д212.232.45 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском
государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, ул.
Ульяновская , д.1, Малый Конференц-зал физического факультета.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке М.Горького СПбГУ
Автореферат разослан «
»________2015г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 212.232.45
Доктор физико-математических наук
Сухомлинов В.С.
2
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Работы по использованию электромагнитных
разрядов в различных приложениях газо- и аэродинамики ведутся
достаточно
давно.
Исследования
включают
изучения
методов
и
последствий вклада энергии в поток газа посредством лазерного, СВЧ,
барьерного и поверхностного разрядов х[1-8]. Объектами исследования
являются эффекты изменения параметров обтекания тел, степень
турбулизации зоны отрыва за счет влияния на пограничный слой. Важной
задачей является исследования воздействия вложений ЭМ энергии в
сверхзвуковой поток на головную ударную волну у сверх и гиперхзвуковых
аппаратов. К таким исследованиям необходимо отнести
работы группы
ученыхпод руководством академика В.А. Левина по отрыву ламинарного
[9] и турбулентного [10] сверхзвукового пограничного слоя,
энерговложениях в виде электрического разряда,
при
а так же работы по
влиянию на обтекание аэродинамических тел [11]. Вопросы применения в
аэродинамике тлеющего [12], лазерного [13] , и прочих [14] освещены в
работах коллектива под руководством академика В. Фомина
Особый интерес к управлению сверхзвуковыми потоками путем
вложения СВЧ и лазерной энергии подчеркивается совместными
экспериментально –расчетными работами проводимыми ОИВТ РАН(В.
Бровкина, Ю. Колесниченко), университете Ратгерса (проф. Д. Кнайта) и
вычислительного центра РАН ( О. Азаровой), , [6], [15-18].
Вышеперечисленные исследования относятся к тепловому типу
воздействия на поток, электромагнитные разряды при этом служат лишь
источником
нагрева. Другой способ воздействия – применение
магнитогидродинамических эффектов подробно рассмотренных в работах
исследователей ОИВТ РАН(например, А.Бочарова [19]) и ФТИ имени
Иоффе (С.В Бобашев. например, [20] [21]).
3
Достоинствами
обтеканием
механических
всех
являются:
частей
перечисленных
отсутствие
летательного
методов
необходимости
аппарата
для
управления
использования
воздействия
на
обтекающий на поток, малая инерционность, полностью электронное
управление
процессом.
электромагнитных
разрядов
энерговложения в поток в
Значительное
разнообразие
принципиально
огромном
позволяет
диапазоне
видов
производить
временных и
пространственных параметров.
Данная работа посвящена исследованию возможности реализации
лазерно-инициированного микроволнового разряда в сверхзвуковом
потоке воздуха и его использовании для задачи изменения обтекания тела.
Данный вид разряда может быть реализован с применением хорошо
освоенных СВЧ генераторов
с диапазоном импульсной выходной
мощности 100-200 киловат и наличие широкого класса твердотельных
лазеров позволяющих достичь пробойной напряженности поля в газе для
важного на практике диапазона давлений (40-760Торр). Лучевой характер
вложения энергии позволяет получать необходимые разряды на удалении
от летательного аппарата, с возможностью локализации энерговложения во
времени и пространстве. Важной особенностью комбинированного разряда
является возможность получения микроволнового вложения энергии в
поток с наиболее оптимальной для аэродинамических приложений
пространственной формой.
Вышесказанное делает исследование комбинированного лазерномикроволнового разряда в сверхзвуковом потоке воздуха интересной и
актуальной задачей.
4
Цель диссертационной работы
Целью работы является исследование способов реализации и
условий возникновения, физических параметров лазерно инициированного
вложения в сверхзвуковой поток газа(воздуха). Эти исследования должны
включать оценки эффективности влияния энерговклада комбинированного
разряда на ударно-волновые структуры и обтекание тела в сверхзвуковом
потоке, нахождение оптимальных параметров разряда для достижения
наибольшего аэродинамического эффекта.
Практическая значимость результатов исследования
На
основании
результатов
работы
можно
утверждать,
что
использование многоточечной инициации позволяет получить тепловой
след от СВЧ разряда требуемой длинны и формы
Положения, выносимые на защиту и научная новизна
1 В сверхзвуковом потоке воздуха подтверждается снижение порога
для СВЧ разряда при лазерной инициации.
2 В сверхзвуковом потоке газа возможна реализация оптического
пробоя с частотами недоступными для покоящегося газа.
3 СВЧ разряд может позиционироваться в пространстве тепловым
следом лазерной искры.
4 Для инициации СВЧ разряда лазерной искрой целесообразно
применение лазерных импульсов с минимально достаточной для получения
оптического пробоя энергией, при минимальной длительности
6 Экспериментально подтверждено развитие вторичной волны
ионизации
между
СВЧ
плазмоидами
при
их
инициации
двумя
последовательными лазерными искрами. Обнаруженный эффект снимает
ограничения протяженности СВЧ разряда высокого давления величиной в
2/3 длинны волны.
5
Апробация работы и публикации
Основные
результаты
работы
были
опубликованы
в
двух
периодических изданиях индексируемых базой данных Scopus
1.
Mashek I.C., Lashkov V.A., Khoronzhuk R.S., Potapenko D.P., and
Brovkin V.G. Microwave energy deposition in supersonic flows on laser-initiated
dipole structures // AIAA-2014-0487.
2.
Khoronzhuk R.S., Karpenko A.G., Lashkov V.A., Potapenko D.P., and
Mashek I.C. Microwave discharge initiated by double laser spark in supersonic
airflow. // J. Plasma Physics, Vol. 81, No. 03, June 2015
и сделано 9 докладов на Российских и международных конференциях:
всероссийская конференция «Физика низкотемпературной плазмы »,
Петрозаводск, 2011, JointErcoftac/PlasmaaeroWorkshop 2012, Toulouse,
workshop “Thermochemical processes in plasma aerodynamics”. St.Petersburg,
2012, 5th European conference for aeronautic and space sciences 2013, Munich,
13th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, Moscow, 2014,
The American Institute of Aeronautics and Astronautics Aerospace Sciences
Meeting 2014, Maryland, 6th European conference for aeronautics and space
sciences, Krakow, 2015, the 15th International Symposium on Flow
Visualization, Minsk, 2012.
Личный вклад автора
Автором был создан канал лазерной инициации СВЧ разряда на
сверхзвуковой
газодинамической
установке.
Проведена
работа
по
организации сбора данных с измерительного комплекса, синхронизации и
автоматизации работы всей установки. Исследования вложения энергии
лазером
пикосекундного
диапазона
было
проведено
автором
самостоятельно. Все представленные экспериментальные результаты
получены и обработаны автором или при его непосредственном участии.
6
Структура и объем диссертации
Диссертация объемом 90 страниц. В том числе 51 рисунок, состоит
из введения, трех глав, заключения и списка литературы, состоящего из 68
наименований.
Содержание работы
Во введении выбран объект исследования, обоснована актуальность
темы. Сформулированы защищаемые положения и цель работы. Показана
научная новизна и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе представлен обзор литературных данных по
оптическим и СВЧ разрядам, условиям их возникновения и поддержания.
Применению их к задачам аэродинамики. Глава состоит из четырех
разделов, первые два из которых посвящены СВЧ и оптическому разряду.
Третий раздел представляет собой обзор явлений и способов вложения ЭМ
энергии в сверхзвуковые потоки. Четвертый посвящен взаимодействию
нагретых разрядами областей газа с ударными волнами.
Во
второй
главе
описана
конструкция
экспериментальных
установок для исследования оптического пробоя в воздухе, СВЧ пробоя в
покоящемся воздухе, в сверхзвуковом потоке, комбинированных разрядов.
Представлены способы и методы регистрации полученных результатов:
спектроскопия, цифровая фотография, датчики температуры и давления.
Затронуты проблемы автоматизации эксперимента.
Установка для оценки эффективности вложения энергии в воздух
при пробое лазером пикосекундного диапазона [22] была создана на базе
стенда компании «Мултитех» СПб. Эксперимент проводился в воздухе, при
атмосферном давлении. Был применен твердотельный Nd/YAG лазер с
ламповой накачкой и пассивным затвором (LiF2 ). При использовании
ВРМБ компрессора лазер реализует единичные импульсы пикосекундного
диапазона (400пс) с энергией в импульсе 3,5мДж(1064нм) и 0.75мДж
7
(532нм
–
вторая
гармоника).
Измерение
длительности
импульса
проводилось при помощи автокореллятора, для измерения энергии
импульса измеритель мощности Mulektron.
При
использовании
15мм
фокусирующей
линзы
устойчивый
оптический пробой наблюдался при энергиях в импульсе от 0.75 мДж. Для
более традиционных лазеров без компрессора с длительностью импульса в
5..8 наносекунд потребовались бы импульсы с энергией в 30-40мДж.
В результате изображениям была получена зависимость радиуса
ударной волны от времени по которой производилась оценка количества
вложенной в ударно-волновые структуры лазерной энергии в приближении
сильного точечного взрыва без учета противодавления [23]. Для импульсов
с энергией в 3.5 мДж удалось получить результат в 0.9+/-0.4 мДж энергии
вложенной в ударно-волновые структуры.
Таким образом было показано что применение пикосекундных лазеров
для инициации СВЧ разряда может быть довольно перспективно, так как
напряженности поля, необходимые для образования лазерной искры
достигаются при меньших (по сравнению с наносекундными лазерами)
энергиях лазерного импульса. А образование тепловой ямы плотности
происходит
с
большей
эффективностью,
чем
при
использовании
наносекундных лазеров.
Однако постановка задачи о сильном точечном взрыве малоприменима
к вкладам энергии порядка единиц-десятков миллиджоулей: такое
вложение энергии соответствует условиям модели сильного точечного
взрыва только в первые микросекунды. Регистрация же изображений в это
время затруднено засветкой от лазерной плазмы. Несмотря на то, что
удается получить разумное согласование расчетной зависимости радиуса
ударной волны от времени после пробоя с экспериментом, расчетная
картина распределения плотностей внутри ударной волны кардинально
расходится с экспериментальными фотографиями.
8
Все последующие результаты работы были получены на установке
лаборатории газодинамики математико механического факультета СПбГУ.
Экспериментальная установка схематично изображена на Рисунок 1
и состоит из: аэродинамической сверхзвуковой трубы эжэкторного типа,
СВЧ
генератора
с
фокусирующей
системой,
рабочей
камеры,
двухимпульсного лазера, системы синхронизации.
Аэродинамическая труба позволяет получить сверхзвуковую струю
диаметром
30мм с числом
Маха 1,5;2;3 при статическом давлении
20..140Торр. СВЧ генератор на
базе
магнетрона
Ми-505
генерирует импульсы с несущей
частотой 9,6 ГГц и мощностью в
импульсе
до
200кВт,
длительность импульса от 0,5 до
частота
3мкс,
повторения
импульсов от 1 до 10Гц.
Фокусирующая
Рисунок 1 Схема экспериментальной
установки. 1 — поворотная призма, 2
—
фокусирующая
система
СВЧ(условно), 3 — фокусирующая
линза лазера, 4 — двухимпульсный
лазер,
5
—
сопло
аэродинамическойтрубы,
6
—
диффузор аэродинамической трубы,
7 — рупор для подводаСВЧ
излучения, 8 –область фокуса
лазерного излучения, 9 – апертура
теневой схемы Теплера.
СВЧ
система
квазиоптическая,
представляет
собой
цилиндрический
изготовленый
параболоид
из
плоских
ламелей таким образом, что в
поперечном
направлении
является
практически
прозрачной и не препятствует
оптическим
каналам
диагностики. Область фокуса
представляет собой вытянутый вдоль оси сверхзвукового потока эллипсоид
вращения.
Измеренное
на
малых
сигналах(через
ослабитель)
9
распределение СВЧ поля в области главного фокуса представлено на
Рисунок 2. Максимальная напряженность СВЧ поля в области фокуса
4,5кВ/см,вектор ⃗ ориентирован вдоль потока воздуха, что позволяет
получать самоинициированные СВЧ разряды при давлениях до 100 Торр.
Данная конфигурация фокуса СВЧ излучения способствует получению
протяженных вдоль оси сверхзвукового потока плазмоидов, что наиболее
выгодно для аэродинамических приложений [24].
Рисунок 2 Фокусирующая система для СВЧ
излучения. Особенности конструкции и
распределение поля вдоль оси главного
максимума СВЧ поля(оно же вдоль оси
потока).
Двухканальный ND:Yag лазер (Qantel EverGreen 145) с раздельным
управлением каналами излучает на второй гармонике (532нм) импульсы
длительностью 10нс и энергией до 145 мДж каждый. Лазерное излучение
сфокусировано линзой с фокусным расстоянием 23 мм, электрическое поле
лазерного излучения в области фокуса, приближенно равно 7,3 * 10^6 В/см.
Это позволяет устойчиво получать лазерный разряд в диапазоне
статических давлений от 140 до 760 торр.
Визуализация газодинамических процессов осуществляется теневой
схемой на базе прибора ИАБ 450, имеющим фокусное расстояние 2 метра
Пространственно – временная регистрация самосвечения разрядов, их
формы, картины ударно-волновых структур образованные в результате
взаимодействия разрядов с воздухом осуществляется высокоскоростной
10
камерой оснащенной ЭОП PCO Dicam.pro с разрешением 1024x1024 точки
и минимальной выдержкой 5 нс.
Система синхронизации и управления экспериментом реализована
на
базе
универсальной
платы
NationalInstruments
NI-USB
6343с
программным обеспечением на LabView.
С целью определения эффективности вложения энергии лазерного
импульса в аэродинамические структуры для ряда давлений от 100 до 760
торр был произведен ряд экспериментов в покоящемся воздухе при
давлениях. Для уточнения оценки вложения лазерной энергии в ударно
волновые структуры была использована задача о точечном взрыве с учетом
противодавления [25]. Это позволяет расширить область времени для
которой хорошо рассчитываются ударно-волновые структуры от лазерного
вложения энергии до 6..10 мкс после лазерного пробоя . Затем (при
временах более 10мкс) интенсивность ударной волны падает и скорость ее
становится приближенно равной скорости звука в среде. Так же как и в
первых
экспериментах
не
представлялось
возможным
получить
качественное теневое изображение ударной волны в начальные(1-2мкс)
моменты времени ввиду засветки от лазерной плазмы.
Поскольку на Шлирен-фотографии, полученные в результате
эксперимента, влияет в основном градиент плотности воздуха. Было
принято решение в численном моделировании вложения энергии
производить расчеты не только радиуса ударной волны, но и всю структуру
плотности газа в области пробоя.
Решалась обратная задача: параметры «взрыва», а именно область
ввода энергии r0, начальная энергия E0 варьировались при неизменном
начальном давлении P таким образом, чтобы результат вычислений как
можно лучше совпадал с полученными фотографиями реального
эксперимента в котором для пробоя использовался импульс с энергией
145мДж. Энергию E0, соответствующую наилучшему совпадению
11
принимали
за
энерговкладлазерного
импульса
в
ударно-волновые
структуры в газе. По результатам вычислений рассчитывался коэффициент
преобразования энергии a=E_0/E_laser. Все действия повторялись для ряда
начальных давлений. Пример результата расчетов представлен на Рисунок
3.
Данный результат хорошо согласуется с увеличением лазерных
пробойных полей с понижением давления: чем позднее достигаются
пробойные напряженности поля, тем больше лазерной энергии проходит
сквозь область фокусировки без взаимодействия с веществом.
Рисунок 3 Распределение плотности газа вдоль оси потока после
лазерного разряда
Давление, Торр
E_0, мДж
A
760
17
0,12
400
6.5
0,05
150
0.2
0,001
Рисунок 4 Коэффициент вложения лазерной энергии при
оптическом пробое в газодинамические структуры при
различных давлениях
Лазерная инициация СВЧ разряда.
Порог пробоя СВЧ разряда для концентраций воздуха характерных для
исследуемого диапазона давлений(50-150Торр) весьма высок. Так же
сложна задача локализации разряда – квазиоптические схемы фокусировки
12
будут давать множественные фокусы. Обе проблемы имеют решение, в
частности, с помощью лазерной инициации СВЧ разряда
Рисунок 5 геометрия эксперимента по лазерной инициации СВЧ
разряда. 1 — сверхзвуковой поток, 2 — область максимума СВЧ
поля, 3 — лазерная искра, 4 — фокусирующая линза, 5—
лазерный луч.
. Используется несколько способов инициации лазерным импульсом:
резонансное возбуждение [2], нерезонансное возбуждение (лазерное поле
не достигает пробойного [26]) и инициация лазерным пробоем [27]. В
данном случае мы использовали последний способ. В результате лазерного
пробоя возникает область повышенных температур, в которой создаются
выгодные условия для СВЧ разряда (понижается концентрация частиц, что
соответствует снижению давления при нормальной температуре). Таким
образом возможно произвести точечную (начальную) инициацию СВЧ
разряда.
Из работы [28]известно, что эффект снижения порога пробоя для
СВЧ в области лазерной искры имеет два минимума: в области 6..10 и
80..120 микросекунды после лазерного импульса.
Рассмотрим геометрию эксперимента по лазерной инициации СВ
разряда на нашей экспериментальной установке на Рисунок 5.
Очевидно, что в нашем случае СВЧ разряд будет инициирован в
области пересечения максимума СВЧ поля и ударно-волновых структур,
образованных лазерной искрой. Благодаря протяженной форме области
фокуса СВЧ антенны появляется возможность изменять положение
13
инициированного СВЧ разряда в пространстве
простой перестройкой
положения фокуса лазерной фокусирующей системы..
Был проведен ряд экспериментов по инициации СВЧ излучения
лазерной искрой в неподвижном воздухе при разных давлениях. Параметры
лазера и СВЧ генератора(см. выше) позволяют получать лазерную искру в
диапазоне давлений от 100 до 760 Торр и самостоятельный СВЧ разряд в
диапазоне от 40 до 100торр. Было показано что при лазерной инициации
удается устойчиво получить СВЧ разряд при давлениях от 40 до 760 Торр.
При этом при давлениях ниже 100…110 Торр лазер не инициирует, но в
значительной мере стабилизирует СВЧ разряд как по пространственным
так и по временным характеристикам. Этот эффект объясняется
образованием
затравочных
электронов
при
взаимодействии
сфокусированного лазерного излучения с воздухом
Далее был поставлен эксперимент по лазерной инициации СВЧ
разряда в сверхзвуковом потоке. Поскольку за время длительности СВЧ
разряда (1.5-3мкс) газ в потоке с числом маха 1.5 смещается всего на 0.5
мм, не ожидалось отличий в развитии разряда от разряда в неподвижном
воздухе. Что и было показано на практике. Подтвердилось предположение
о том, что нагретая область от лазерного пробоя смещается вместе с
потоком воздуха, что позволяет позиционировать СВЧ разряд в
пространстве по оси фокуса СВЧ антенны и потока простой регулировкой
задержки между лазерным и СВЧ импульсами
Нагретая разреженная область образованная первой лазерной искрой
полностью уходит из области каустики лазерного луча за 6 -10 мкс. Это дает
возможность реализовать вторую лазерную искру при условии задержки
между лазерными импульсами более 6мкс. В тоже время эффект снижения
порога пробоя для СВЧ в области лазерной искры наблюдается с 6..10 до
80..120 микросекунды после лазерного импульса [28]. Эти два факта
позволяют реализовать инициацию СВЧ разряда двумя лазерными
14
импульсами с задержкой между импульсами в 10..120 мкс. На Рисунок 6
представлены результаты экспериментов.
.Как
видно
из
рисунков,
выбором
временных
параметров
эксперимента удается получить СВЧ импульс различной протяженности и
даже два отдельных СВЧ плазмоида.
В работе [29] СВЧ плазмоид рассматривался как наведенный диполь
во внешнем переменном поле. Если расположить два плазмоида на одной
оси
и
приложить
к
ним
внешнее
поле,
то
мы
получим
два
однонаправленных наведенных диполя. Поле, наведенное диполями в
промежуток между ними будет складываться с внешним СВЧ полем и
усиливать его. Т.к. частота ионизации сильно зависит от электрического
поля, в данном промежутке может возникать «вторичная» волна ионизации
и между плазмоидами и может «прорастать» вторичный стример. Таким
образом слияние двух плазмоидов в один протяженный при уменьшении
расстояния между инициирующими «тепловыми ямами» носит не просто
геометрический характер – в какой-то момент наведенное поле должно
превысить пробойное для промежутка между плазмоидами и произойдет
Рисунок 6
Результаты
экспериментов по инициации
СВЧ разряда двумя лазерными
пробоями. Задержки между
инициирующими лазерными
импульсами в20,30 и 42 мкс.
15
вторичный СВЧ пробой. Был получен ряд фотографий, регистрирующих
этот процесс был получен Рисунок 7.
Рисунок 7 Вторичный стример между двумя
отдельными СВЧ разрядами. число Маха потока
1.5, статическое давление 168Торр, два лазерных
мДж с задержкой
в 30 мкс
В импульса
третьейпо 145
главе
рассмотрены
аспекты
применения
комбинированного разряда для задач аэродинамики.
Данная работа имеет непосредственное практическое применение
для задач аэро- и газодинамики. При этом требуется осуществить
энерговклад в область определенной величины и формы. Например, в
нашем случае решалась задача о снижении лобового сопротивления
аэродинамического тела (тупого цилиндра) в сверхзвуковом потоке воздуха
путем ввода энергии перед головной ударной волной. Из работ [24]
известно, что одно из удачных решений – создание узкой протяженной
нагретой области вдоль оси аэродинамического тела. Причем импульсным
образом, так как данное воздействие приводит к образованию вихрей за
головной ударной волной, отходу ударной волны от аэродинамического
тела вперед по потоку и, соответственно к нестационарному режиму
обтекания
с
пониженным
лобовым
сопротивлением
в
течение
значительного времени. Один СВЧ плазмоид образованный импульсом
длительностью 3-4 мкс способен создать возмущения со временем жизни в
100-150 мкс! [3] [30].
16
Комбинированный
лазерно-микроволновый
разряд
позволяет
решить обе важные для данной задачи сложности: 1) локализация СВЧ
разряда точно на оси аэродинамического тела 2) удлинение СВЧ разряда.
Рисунок 9 Протяженность СВЧ разряда, инициированного
двумя лазерными искрами в зависимости от задержки между
лазерными импульсами. Статическое давление 105 Торр,
число Маха потока 1.5
Рисунок 8 Импульс, полученный аэродинамической
моделью в результате воздействия на поток СВЧ разряда
инициированного двойной лазерной искрой в
сверхзвуковом потоке с числом маха 1.5 и статическом
давлении 105Торр. На оси абсцисс – задержка между
инициирующими лазерными импульсами. На оси ординат
– момент полученный аэродинамической моделью в
17
Произведен ряд экспериментов по влиянию на обтекание тупого
цилиндра одиночных лазерных разрядов, двойных лазерных разрядов (с
различной задержкой между ними), а так же комбинированных разрядов
при различных условиях (например Рисунок 8,Рисунок 9).
Было вынесено два важных результата:
- Эффективность данного метода растет с числом Маха потока
- Эффективность данного метода растет с ростом статического
давления.
Не следует рассматривать данный метод воздействия на обтекание
лишь как способ уменьшить полное сопротивление движению тела в
сверхзвуковом потоке – это может оказаться малоэффективным. Более
перспективным может оказаться применение данных методов для
управление полетом летательного аппарата.
В заключении представлен краткий итог работы, подчеркнуты
результаты, выделены слабые места и обозначен круг задач которые еще
необходимо решить.
18
Список трудов автора по теме диссертации
В журналах индексируемых базой данных SCOPUS:
1. Mashek I.C., Lashkov V.A., Khoronzhuk R.S., Potapenko D.P., and Brovkin
V.G. Microwave energy deposition in supersonic flows on laser-initiated dipile
structures // AIAA-2014-0487.
2. Khoronzhuk R.S., Karpenko A.G., Lashkov V.A., Potapenko D.P., and Mashek
I.C. Microwave discharge initiated by double laser spark in supersonic airflow. //
J. Plasma Physics, Vol. 81, No. 03, June 2015.
В трудах конференций:
1. Хоронжук Р.С., Потапенко Д.П.. Оценка вложения энергии лазерноинициированного СВЧ разряда в ударно-волновые структуры. ФНТП-2011,
Петрозаводск
2. I.Ch.Mashek, V.A.Lashkov, V.G.Brovkin, R.S. Khoronzhuk. Plasmadinamic
application of combined laser-microvawe discharges in supersonic flows.
JointErcoftac/PlasmaaeroWorkshop 2012, Toulouse
3. Машек И.Ч.,Бровкин В.Г.,Хоронжук Р.С., Потапенко Д.П. Modeling of
energy deposition for laser-initiated MW discharge. Workshop “Thermochemical
processes in plasma aerodynamics”. St.Petersburg, 2012.
4. I.Ch.Mashek, V.A.Lashkov,R.S. Khoronzhuk , D.P.Potapenko V.G.Brovkin.
Combined laser-microvawe discharge in supersonic flows. 5th European
conference for aeronautic and space sciences 2013.
5. I. Mashek, V. Lashkov, R. Khoronzhuk, D. Potapenko, I. Konushenko. Laser
Indused MW discharge in supersonic air flow. 13th International Workshop on
Magneto-Plasma Aerodynamics, Moscow,2014.
6. I. Mashek , V. Lashkov , R. Khoronzhuk , D. Potapenko, V. Brovkin. Microwave
Energy Deposition in Supersonic Flows on Laser-Initiated Dipole structures
AIAA Aerospace Sciences Meeting 2014.
7. R. Khoronzhuk, A. Karpenko, V. Lashkov, P. Mostovykh, K. Steshenko,
I.Mashek. Microwave discharge initiated in a supersonic airflow in front of a
body. 6th European conference for aeronautics and space sciences. Krakow,
2015.
8. Mashek I., Anisimov Yu., Lashkov V., Khoronzhuk R. Visualization of
plasmoids afterglow tracks and processes of their interaction with aerodynamic
bodies in supersonic flows. The 15th International Symposium on Flow
Visualization, Minsk,2012.
9. Afanas’ev, V. Brovkin, I. Mashek, R. Khoronzhuk. Dynamics of MW
discharge formation under laser spark initiation. The 15 th International
Symposium on Flow Visualization, Minsk,2012.
Цитируемая литература
19
1. Leik N. Myrabo Y.P.R. Laser-Indused Air Spike For Advanced Transatmospheric Vehicles //
25th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference. june 1994. pp. AIAA 94-2451.
2. Miles R.B. Flow control by energy addition into High-speed air // AIAA. 2000. С. 2000-2324.
3. Kolesnichenko Y.F., Gorynya A.A., Brovkin V.G. Investigation of ad-body interaction with
microwave discharge region in supersonic flows. // 39th AIAA Aerospace Sciences Meeting
and Exibit. 2001. С. AIAA 2001-0345.
4. Kolesnichenko Y.F., Brovkin V.G., Azarova O.A., Grudnitsky V.G., Lashkov V.A., and
Mashek I.C. MW enwrgy deposition for aerodynamic application // 41th AIAA Aerocpace
Sciences meeting and Exibit. 2003. pp. AIAA 2003-0361.
5. Yan H., Knight D., Kandala R., Candler G. Effect of a laser pulse on normal shock. // AIAA J.
2007. Т. 45(6). С. 1270-1280.
6. Knight D., Kolesnichenko Y., Brovkin V., Khmara D., Lashkov V., Mashek I. Interaction of
microwave-generated plasma with a hemisphere cylinder at mach 2.1 // AIAA J. 2009. Т.
47(12). С. 2996-3010.
7. Anderson K., Knight D. Interaction of heated filaments with a blunt cylinder in supersonic
flow. // Shock Waves. 2011. Vol. 21. pp. 149-161.
8. Golbabaei Asl M., knight D. numerical characterization of high-temperature filament
interaction with bkunt cylinder at Mach 3 // Shock Waves. 2014. Vol. 24(2). pp. 123-138.
9. Ларин О.Б., Левин В.А. Отрыв ламинарного сверхзвуковогопограничного слоя с
источником энерговыделения. // Письма в ЖТФ, Vol. 34, No. 5, март 2008. pp. 1-6.
10. Ларин О.Б., Левин В.А. Влияние внешнего источника тепловыделения на отрыв
турбулентного сверхзвукового пограничного слоя перед плоской ступенькой // Письма
в ЖТФ, Vol. 38, No. 19, октябрь 2012. pp. 53-60.
11. Georgievsky P.Y., Levin V.A., and Sutyrin O.G. International conference on Methods of
Aerophysical research, ICMAR // Inastability of front separation regions initiated by upstream
energy deposition. 2008.
12. Denisova N.V., Postnikov V.B., Fomin V.M. Transverse Glow Discharges in Supersonic Air
and Methane Flows. // Plasma Physics Report. 2006. Т. 32. № 3. С. 254-261.
13. Коротаева Т.А., В.И. Ф.В.М..Я. Режимы лазерного энергоподвода в газовый поток. //
Вестник НГУ. 2007. Vol. 2. No. 1. pp. 19-36.
14. Fomin V.M., tretyakov P.K., and Taran J.P. Flow control using various plasma and
aerodynamic approaches(shot review) // Aerospace Science and Technology. may 2004. Vol.
8. pp. 411-421.
15. Lashkov V.A., Mashek I.C., Anisimov Y.I., Ivanov V.I., Kolesnichenko Y.F., and Azarova
O.A. Method of vortex flow intensification under MW filament interaction with Shock Layer
on Supersonic Body // AIAA-2006-404.
16. Knight D., Kolesnishenko Y.F., Brovkin V., and Khmara D. 46th AIAA Aerospace Sciences
meeting and Exhibit // High Speed Flow Control Using Microwave Energy Deposition. Reno,
Nevada. 2008. pp. AIAA 2008-1354.
17. Farzan F., Knight D., Azarova O., and Kolesnichenko Y. 46th AIAA Aerospace Sciences
meeting and Exhibit // Interaction of microwave Filament and Blunt Body in Supersonic
Flows. Reno, Nevada. 2008. pp. AIAA 2008-1356.
20
18. Azarova O., Knight D. interaction of microwave and laser discharge resulting "heat spots"
with supersonic combined cylinder bodies. // Aerospace Science and Tecnology. march 2015.
19. Бочаров А.Н., Битюрин В.А. Экспериментальные и численные исследования МГДвзаимодействия в гиперзвуковых потоках // Теплофизика Высоких Температур. 2010.
Vol. 48. No. 1 дополнительный. pp. 44-55.
20. Васильева Р.В., Ерофеев А.В., Жуков Б.Г., Лапушкина Т.А., Поняев С.А., and Бобашев
С.В. Создание газоразрядной плазмы воздуха в сверхзвуковом
магнитогидродинамическом канале. // Журнал технической Физики. 2009. Vol. 79. No.
6. pp. 67-77.
21. Lapushkina T.A., Erofeev, A.V., Poniaev S.A., and Bobashev S.V. Air Supersonic Flow
Control by Energy Deposition and MHD Action Near Body Front Part 2011. pp. AIAA 20111025.
22. Хоронжук Р.С., Панин А.О. Физика и Прогресс // Исследование газодинамических
процессов при пробое воздуха лазером пикосекундного диапазона. Санкт-Петербург.
2005.
23. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Москва: Гостехиздат, 1957.
24. Полянский А.Ф., Лашков В.А., and Цителов И.М. Влияние изменения параметров
источников локализованного подвода энергии на сверхзвуковой поток, набегающий на
затупленное тело // Вестник СПбГУ. сентябрь 2013. No. серия 1, выпуск 3. pp. 142-146.
25. Khoronzhuk R.S., Karpenko A.G., Lashkov V.A., Potapenko D.P., and Mashek I.C.
Microwave discharge initiated by double laser spark in supersonic airflow. // J. Plasma
Physics, Vol. 81, No. 03, June 2015.
26. Michael J.B., Matthew R., Miles E., Miles R. Time-resolved temperature measurements of
Laser-designated, microwave driven ignition // AIAA. С. 2011-1020.
27. Афанасьев С.А., Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф. Инициация СВЧ-разряда
посредством лазерной искры // Письма в ЖТФ. июль 2010. Т. 36. № 14. С. 73-78.
28. Афанасьев С.А., Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф., Машек И.Ч. Влияние
газодинамических процессов на структуру и пороги СВЧ-разряда при инициации
лазерной искрой // Письма в ЖТФ. август 2011. Т. 37. № 15. С. 40-46.
29. Битюрин В.А..В.В. СВЧ разряд высокого давления в поле линейно поляризованных
электромагнитных волн. электродинамическая модель эволюции стримера. 8499th ed.
Москва. 2009.
30. Kolesnichenko Y.F., Brovkin V.G., Leonov S.B., Krylov A.A., Lashkov V.A., Mashek I.C.,
Gorynya A.A., and Ryvkin M.I. Influence of differently organized microwave discharge on a
body characteristics in supersonic flow // AIAA-2001-3060.
31. Веденин П.В., Розанов Н.Е. Начальный этап развития самостоятельного СВЧ разряда
высокого давления в плоскополяризованном поле. Удлиннение и остановка СВЧ
стриммера. // ЖЭТФ. апрель 1994. Т. 105. № 4. С. 868-880.
32. Бровкин В.Г., Битюрин В.А., Веденин П.В. определение интегральных характеристик
микроволнового стримера с помощью рассеянного сигнала. // Письма в ЖТФ, Т. 39, №
21, ноябрь 2013. С. 37-44.
21
33. Бровкин В.Г., Битюрин В.А., and Веденин П.В. Исследование динамики формирования
разряда дипольного типа методом рассеянной СВЧ-волны. // Письма в ЖТФ, Vol. 40,
No. 3, февраль 2014. pp. 70-75.
34. Yan H., Adelgren R., Elliott G., Knight D., and Bogushko M. Laser energy deposition in
quiescent air // AIAA-2003-1051.
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
695 Кб
Теги
разряды, инициированный, сверхзвуковое, воздух, лазерное, поток, свч
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа