Диссертация (Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы), страница 2

Достоверностьрезультатов обеспечена использованием широкого спектра различныхдиагностических методов. Причем полученные различными методамиданные находятся в хорошем соответствии между собой, а также срезультатамидругихгрупписследователей.Этопозволяетсчитатьполученные результаты полностью обоснованными и достоверными.Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты могутслужить основой для понимания и объяснения влияния низкотемпературнойгазоразрядной плазмы на физико-химические процессы, ответственные забыстрое воспламенение и стабилизацию горения сверхзвуковых потоковуглеводородного топлива.

Результаты диссертации представляют не толькоакадемический интерес, но и являются научной базой для выработкирекомендаций по использованию газоразрядной плазмы при созданиилетательных аппаратов нового поколения, в частности, для быстроговоспламенения и стабилизации горения сверхзвуковых потоков воздушноуглеводородного топлива.

Практическая реализация и внедрение быстрогоплазменно-стимулированноговоспламенениясверхзвуковыхвоздушно-углеводородных потоков и оптимизация режима горения топлива позволитсущественноуменьшитьпродольныеразмерыкамерысгоранияпрямоточного воздушно-реактивного двигателя, снизить вес двигателя,увеличить эффективность его работы, и, соответственно, увеличить долюмассы полезной нагрузки, что снизит стоимость эксплуатации летательныхаппаратов.9Основные положения диссертации, выносимые на защиту.1. Разработанный и экспериментально апробированный диагностическийкомплекс измерения в масштабах реального времени пространственновременных параметров пламени, возникающего в условиях плазменностимулированногогорениявысокоскоростныхпотоковвоздушно-углеводородных топлив.2.

Экспериментальнаяреализациястабилизацииплазменно-стимулированного горения многокомпонентных (воздух-спирт, воздухпропан, воздух-спирт-пропан) топлив на поверхности диэлектрическойпластины, обтекаемой дозвуковыми и сверхзвуковыми воздушнымипотоками.3. Стабилизация с помощью низкотемпературной газоразрядной плазмыгорения сверхзвукового пропан-воздушного потока внутри гладкого (беззастойных зон) расширяющегося аэродинамического канала.4. Полученный с использованием созданного диагностического комплексанабор пространственно-временных распределений параметров плазмы ипламени,возникающегоприсверхзвуковомгорениивоздушно-углеводородного топлива.5. Реализованная в условиях комбинированного разряда полнота сгоранияпропана, достигающая 95-100 % в дозвуковом воздушном потоке, и 9095% в условиях сверхзвуковых потоков, а также полнота сгорания заранеене активированного спирта, равная 80 %.6.

Близкоекмаксимальновозможнойвеличинезначениетяги,зафиксированное при сжигании пропан-воздушного топлива внутриснабженного выходным соплом расширяющегося аэродинамическогоканала с присоединенным воздуховодом при атмосферном давленииокружающего воздуха.7. Комплексэкспериментальныхрезультатов,свидетельствующийобэффективности предложенного плазменного метода для реализации10сжигания топлива внутри аэродинамического канала, моделирующегоусловиявкамересгоранияпрямоточноговоздушно-реактивногодвигателя.Личный вклад автора.

В диссертации приведены результаты,полученные непосредственно автором или при его активном участии.Диссертант лично проводил как экспериментальные измерения, так иобработку полученных данных. Совместно с соавторами непосредственноучаствовал в написании научных статей, а также в подготовке ипредставлении устных и стендовых докладов на научных конференциях.Вклад соискателя в работы, написанные в соавторстве и вошедшие вдиссертацию,являетсяопределяющим.Авторомпроведеныэкспериментальные исследования влияния плазменных эффектов на процессстабилизации горения в условиях плазмы поперечного по отношению кпотоку электродного разряда, а также комбинированного СВЧ-разряда.Квалификационнаяценностьисследованийпризнанароссийскимимеждународным научными сообществами.

Результаты, полученные автороми вошедшие в диссертацию, являлись базовыми для отчетов по грантамРФФИ (№ 08-02-01251-а, № 11-02-01091-а), по Программе фундаментальныхисследованийПрезидиумаРАН(Р-09)«Исследованиевеществавэкстремальных условиях» и гранту CRDF (№ RUP-1514-MO-06).Апробация результатов. Основные результаты диссертационнойработы докладывались лично автором на 15 российских и международныхконференциях:наAerodynamics,2014,13thInternationalMoscow,WorkshopRussia;наonXLIMagneto-PlasmaМеждународной(Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, 2014, Звенигород,Россия; на научной конференции «Ломоносовские чтения». Секция физики.МГУ, физический факультет, 2014, Москва, Россия; на 51st AIAA AerospaceSciences Meeting, 2013, Grapewine, Texas, USA; на 12th International Workshopon Magneto-Plasma Aerodynamics, 2013, Moscow, Russia; на научной11конференции «Ломоносовские чтения».

Секция физики. МГУ, физическийфакультет, 2013, Москва, Россия; на 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting,2012, Nashville, Tennessee, USA; на 11th International Workshop on MagnetoPlasma Aerodynamics, 2012, Moscow, Russia; на VIII International WorkshopMicrowaveDischarges:FundamentalsandApplications(MD-8),2012,Zvenigorod, Russia; на научной конференции «Ломоносовские чтения».Секция физики. МГУ, физический факультет, 2012, Москва, Россия; на 10thInternational Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, 2011, Moscow,Russia; на научной конференции «Ломоносовские чтения».

Секция физики.МГУ, физический факультет, 2011, Москва, Россия; на 8th InternationalWorkshop «Strong Microwaves and Terahertz Waves Sources and Applications»,2011,NizhnyNovgorod,наRussia;XXXVIIIМеждународной(Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, 2011, Звенигород,Россия; на XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физикеплазмы и УТС, 2008, Звенигород, Россия.Вовведенииобоснованаактуальностьтемыдиссертации,сформулированы цели и задачи исследования, отмечены научная новизна ипрактическая значимость работы, достоверность полученных результатов иличный вклад автора, а также приведены сведения об апробации работы ипубликациях. Приведено краткое описание работы.Впервойглаведиссертациикраткоанализируютсяработы,посвященные экспериментальному изучению влияния низкотемпературнойгазоразрядной плазмы на воспламенение воздушно-углеводородных топлив ввысокоскоростных потоках, а также математическому моделированиюплазменно-стимулированного горения различных углеводородов.Во второй главе диссертации описываются экспериментальныестенды, на которых проводились исследования.

На первой установкеизучалсяпроцессстимулированноговоспламенениягоренияистабилизацииуглеводородного12топливаплазменноспомощьюкомбинированного разряда на внешней поверхности диэлектрическойпластины,обтекаемойдозвуковымиисверхзвуковымивоздушнымипотоками. Установка состоит из вакуумной камеры, системы для созданиясверхзвукового воздушного потока, ресивера высокого давления воздуха,ресивера высокого давления пропана, систему для смешивания пропана своздухом,системыинжекциижидкогоуглеводородноготоплива,магнетронного генератора, системы для ввода СВЧ-энергии в камеру,аэродинамическогоканалапрямоугольногосечения,высоковольтногоисточника питания для создания разряда постоянного тока, системысинхронизации и диагностической аппаратуры.

Основой экспериментальнойустановкиявляетсяоткачиваемаяметаллическаяцилиндрическаябарокамера. Внутренний диаметр вакуумной камеры равен 1 м, ее длинаравна 3 м. Вакуумная система позволяет проводить исследования в широкомдиапазоне давлений р = 10-760 Тор. Сверхзвуковой поток создается призаполнении барокамеры воздухом через профилированное сопло Лаваля,установленное на выходной трубке электромеханического клапана. Вэкспериментах можно было изменять секундные массовые расходы воздухаот 25 г/с до 150 г/с, пропана от 1 г/с до 6 г/с и спирта от 0.5 г/с до 2.5 г/с.Эквивалентное отношение  для пропана, равное отношению доли пропана втопливе к его доли в стехиометрической смеси, изменялось от 0.5 до 2.СВЧ-разряд используется для предварительного создания плазмы ибыстрого воспламенения. Источником СВЧ-излучения служит импульсныймагнетронный генератор сантиметрового диапазона длин волн, имеющийследующие характеристики: длина волны  = 2.4 см; импульсная СВЧмощность W < 75 кВт; длительность импульсов  = 5-150 мкс; скважностьQ = 1000, при этом средняя СВЧ-мощность не превышает 100 Вт.