отзыв вед.орг (Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы)

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «МОСКОВСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ РОССИЙСКОЙ АКАДКМИИ НАУК» 117519, Москва, Варшавское шоссе, д.132 ИНН 7726700037 Тел.: 1495) 315-31-11, факс: (495) 314-10-53 Е-тай: тг6®тгг1гап.гц Отзыв ведущей организации Г с(УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор ОАО и радиотехнический итут РАН» М. В. Хохлов тября 2014 г. М.П. ОТЗЫВ ведущей организации ОАО «Московский радиотехнический институт Российской академии наук» на диссертацию Копыла Павла Владимировича «Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04,08 — физика плазмы.

Актуальность представленной диссертации обусловлена тем, что развитие современной авиации остро нуждается в изучении и разработке новых эффективных средств, позволяющих уменьшать время воспламенения сверхзвуковых потоков углеводородных топливных смесей и управлять процессом их горения в условиях, приближенных к условиям работы камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Одним из новых подходов к решению данной проблемы является использование электрических разрядов.

При этом для увеличения эффективности горения углеводородного топлива в условиях высокоскоростных потоков в различных российских и зарубежных институтах предлагается использовать газоразрядную плазму. Рецензируемая диссертация посвящена изучению возможности применения низкотемпературной плазмы для воспламенения и стабилизации горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках. Работа относится к приоритетному для России направлению — развитию авиационно-космических и гиперзвуковых систем, созданию новых видов высокоскоростных транспортных и космических систем. Целью диссертационной работы является экспериментальное изучение процессов, протекающих в условиях инициированного газоразрядной плазмой сверхзвукового горения воздушно-углеводородного топлива.

Научная новизна диссертации определяется тем, что в работе над ней соискателем разработан и экспериментально апробирован диагностический комплекс измерения в масштабах реального времени пространственно- временных параметров пламени, возникающего в условиях плазменностимулированного горения высокоскоростных потоков воздушно- углеводородных топлив.

В работе П. В. Копыла экспериментально реализована возможность стабилизации горения многокомпонентного (воздух-спирт-пропан) топлива на поверхности диэлектрической пластины, а также стабилизация с помощью газоразрядной плазмы горения сверхзвукового пропан-воздушного потока внутри гладкого расширяющегося аэродинамического канала. При этом в условиях комбинированного разряда полнота сгорания пропана достигала 95- 100% в дозвуковом воздушном потоке и 90-95% в условиях сверхзвуковых потоков. Полнота сгорания не активированного спирта равнялась 80 %.

Зафиксировано близкое к максимально возможной величине значение тяги при сжигании пропан-воздушного топлива внутри снабженного выходным соплом расширяющегося аэродинамического канала при атмосферном давлении окружающего воздуха. Новыми также являются полученные соискателем экспериментальные результаты, свидетельствующими об эффективности предложенного им плазменного метода для реализации сжигания топлива внутри аэродинамического канала, моделирующего условия в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

Научная значимость работы заключается в том, что исследования, выполненные П. В. Копылом, направлены на разработку физических основ инновационного плазменного метода сжигания сверхзвукового потока воздушно-углеводородного топлива. Отличительной особенностью и преимуществом проведенных исследований является комплексный, междисциплинарный подход к решению проблемы управления процессом горения в условиях, приближенных к камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

Практическая значимость диссертации определяется тем, что реализация и внедрение быстрого воспламенения сверхзвуковых воздушно- углеводородных потоков и оптимизация режима плазменно-стимулированного горения топлива в перспективе позволят существенно уменьшить продольные размеры камеры сгорания прямоточного двигателя, снизить его вес и увеличить эффективность работы двигателя в целом. Достоверность результатов диссертационной работы определяется тем, что они получены на различных экспериментальных установках с использованием различных диагностических методов, Полученные автором данные находятся в хорошем соответствии между собой, а также с результатами других российских и зарубежных ученых.

Основное содержание диссертации П. В. Копыла изложено на 184 страницах машинописного текста, включая 84 рисунка и 9 таблиц. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, в котором сформулированы основные выводы по работе. Список цитируемой литературы содержит 148 наименований. В первой главе диссертации кратко анализируются работы, посвященные изучению влияния газоразрядной плазмы на воспламенение воздушно- углеводородных топлив в высокоскоростных потоках. Во второй главе диссертации описываются экспериментальные стенды, на которых проводились исследования процесса воспламенения и горения углеводородного топлива с помощью комбинированного разряда на внешней поверхности диэлектрической пластины, обтекаемой дозвуковыми и сверхзвуковыми воздушными потоками, а также внутри расширяющегося аэродинамического канала без застойной зоны с присоединенным воздуховодом. В третьей главе диссертации представлено описание разработанного и созданного на базе современного оборудования измерительного комплекса.

Диагностический комплекс включает в себя контактные и бесконтактные методы, с помощью которых в масштабах реального времени проводились измерения пространственно-временной эволюции характеристик не только газоразрядной плазмы, но и пламени, возникающего при плазменностимулированном горении воздушно-углеводородного топлива. Созданный диагностический комплекс позволил диссертанту в масштабах реального времени получить достоверные данные одновременно о нескольких параметрах, характеризующих процесс сверхзвукового горения воздушно- углеводородного топлива.

В четвертой и пятой главах изложены основные результаты выполненных соискателем исследований. В четвертой главе для осуществления стационарного горения диссертантом предложен и реализован метод плазменно-стимулированного горения в условиях комбинированного разряда, создаваемого в режиме программированного импульса. В программированном режиме пробой газа и создание плазмы осуществляется с помощью мощных коротких СВЧ импульсов, а поддержание стационарного горения происходит с помощью маломощного непрерывного разряда. Данный режим использовался для изучения плазменно-стимулированного горения газообразных и жидких углеводородов на внешней поверхности диэлектрической пластины в условиях высокоскоростных воздушных потоков.

Автором диссертации экспериментально показано, что в условиях разряда в воздушном потоке без инжекции углеводородного топлива средняя по объему температура газа вблизи электродов равна 500-800 К, тогда как среда в канальной плазме нагревается до 1500 К, а концентрация электронов составляет 10'~ - 10'~ см '. В случае плазменно-стимулированного горения углеводородного топлива температура пламени резко возрастает до 1800- 2000 К, в области горения спирта концентрация электронов достигает величины 2 10" см ', а при горении пропана равна 3 10" см ~. При этом в условиях комбинированного разряда в дозвуковом потоке происходит почти полное сгорание пропан-воздушного топлива, а в сверхзвуковых потоках полнота сгорания пропана достигает 90-95 '.о. Пятая глава диссертации посвящена описанию экспериментов по стабилизации сверхзвукового горения пропана внутри гладкого аэродинамического канала без использования так называемых застойных зон.

Экспериментально показано, что в условиях плазменно-стимулированного горения происходит полное сгорание пропана на расстоянии порядка 30 см от области воспламенения топлива. При этом температура горения повышается от 1400К вблизи электродов до 1900К на выходе из аэродинамического канала. В условиях плазменно-стимулированного горения в расширяющемся аэродинамическом канале, снабженном выходным соплом, экспериментально зафиксирована тяга порядка 50-55 Н при максимально возможной тяге 60 Н. В Заключении приведены основные выводы диссертационной работы.

Полученные в работе П. В. Копыла результаты являются актуальными, новыми, вносят существенный вклад в понимание физики газового разряда и плазменно-стимулированного горения, полезны для разработки оптимальных режимов сжигания топлива и имеют практическую значимость для решения проблемы обеспечения эффективности горения газообразных и жидких углеводородов в сверхзвуковых воздушных потоках. Работа П. В, Копыла является законченным научным исследованием и выполнена на достаточно высоком уровне. 1 2 3 4 5 б К недостаткам работы можно отнести следующее: В работе соискателя для измерения концентрации электронов в пламени, инициированном с помощью газового разряда в сверхзвуковом потоке воздушно-углеводородных топливных смесей, применяются различные методы, включая метод измерения степени ионизации по поглощению маломощного СВЧ излучения миллиметрового диапазона длин волн.

Однако в тексте диссертации отсутствует обоснование применимости данного метода при высоких давлениях, когда частота электрон- нейтральных столкновений порядка или больше частоты зондирующего электромагнитного поля. В диссертации полнота сгорания углеводородного топлива также определяется различными способами. Однако соискатель не приводит данные компонентного анализа потока газа в различных областях пламени. С этой целью следовало бы использовать массспектрометрический метод, который позволяет определить соотношение образующихся при сгорании углеводородного топлива компонентов. В текста диссертации нет объяснения, почему в выполненных автором экспериментах отсутствовала сажа, в то время как в известных экспериментах с ВЧ разрядами в углеводородных смесях появление сажи является основным негативным эффектом, сдерживающим применение этих разрядов на практике.

Соискателю следовало бы изучить детали и сравнить условия проведения своих экспериментов и ВЧ экспериментов, выполненных другими авторами. Это было бы полезно с чисто утилитарной точки зрения. Соискателю следовало бы также сравнить полученные им результаты с теоретическими данными расчетов группы Н. Л. Александрова, посвященные изучению процессов воспламенения спирта под действием наносекундного электрического разряда 1Н. Л. Александров, С. В. Киндышева, И. Н. Косарев, А.