Разряд в газах среднего и высокого давления в квазиоптическом пучке электромагнитных волн СВЧ диапазона (1097869), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Положения, выносимые на защиту1. Результаты исследований импульсного разряда в надкритическомСВЧ поле на λ = 8.9 cm. Показано, что развитие надкритическогоимпульсного СВЧ разряда на λ= 8.9 см в диапазоне ν/ω =1÷100начинается с быстрого распространения диффузной формы с заполнениемобласти надкритического поля с последующим формированиемнитевидной структуры. В диапазоне 1<ν/ω<50, наблюдения полностьюкоррелируют с наблюдениями на более коротких λ при тех же значенияхν/ω.2. Результаты исследования физического явления: самосжатия СВЧтока в резонансном стримерном канале магнитным давлением (СВЧпинч-эффект)икрупномасштабныхМГДнеустойчивостейплазменного канала. Впервые наблюдался СВЧ пинч-эффект приразряде в открытом высокодобротном резонаторе при высоком давлениина λ=8.9 cm и λ=4.3 cm. Развитие разряда в этом случае начинаетсяростом вытянутого вдоль Е канала, развивающегося со скоростью, до 100km/s, в полном соответствии с представлением о стримерном механизмеразвития разряда высокого давления в надкритическом поле.
Стримердостигает резонансной длины, и почти полностью опустошает резонатор.Темп опустошения резонатора, свидительствует о резонансном характеревзаимодействия разряда с полем. При уровне поля в резонаторе,превышающем критическое, и давлении газа превышающем пороговоезначение, развитие разряда сопровождается образованием перетяжки(одной или более). При давлении водорода выше 5 атмосфер наблюдаетсяразвитие змейковой моды возмущения, не приводящей к развалу токовогоканала. Развитие наблюдаемых неустойчивостей качественно иколичественно объясняется проявлением самосжатия токового СВЧ83.4.5.6.канала усредненным магнитным полем тока, наведенного в стримере придостижении электродинамического резонанса.Результаты исследования методов калиброванной инициацииразряда в подкритическом и глубоко подкритическом поле СВЧволны.
Предложен и разработан метод калиброванной инициации разрядапассивным прямолинейным (или кольцевым) ЭМ вибратором илисистемой ЭМ вибраторов и на его основе создан простой метод измеренияабсолютного значения напряженности СВЧ поля с помощьюкалиброванного вибратора (проще всего, металлического шарика малогоразмера), облучаемого УФ, помещаемого в точку измерения.Результаты исследования пространственной структуры, динамикиразвития и основных свойств СВЧ разряда стримерного типа вподкритическом поле квазиоптического ЭМ пучка на длинах волн8.9 cm и 2.4 cm.
Определены границы существования инициированногостримерного разряда в подкритическом поле квазиоптическогоэлектромагнитного пучка на λ = 8.9 см и 2.4 см и переходной зоны отдиффузного к стримерному типу. Положение середины этой зоныоценивается соотношением pdif • 250 Торрсм. Полученные данныеотносительно границ существования подкритического стримерногоразряда для разных длин волн согласуется с результатами теоретическойоценки, основанной на ограниченности способности стримера создаватьнеобходимую надкритичность поля на его голове.Результаты исследования разряда, инициированного в глубокоподкритическом поле. Глубоко подкритический разряд выделен вотдельный тип разряда. Исследована эффективность взаимодействияпрямолинейного резонансного вибратора, нагруженного глубокоподкритическим разрядом, с СВЧ полем.
Определено сечение поглощениясистемы вибратор - глубоко подкритический разряд в свободномпространстве и присутствии рефлектора. Показана и частичноисследованаспособностьглубокоподкритическогоразряда,инициированногопрямолинейнымрезонанснымвибратором,выполненным в виде инжектора топливной смеси, инициировать иподдерживать горение смеси массовым коэффициентом избытка топлива,большим 0.2. Исследованы свойства глубоко подкритического разряда,инициированного кольцевым резонансным вибратором.
Показано, чтотакой разряд способен квазистационарно существовать в потоке воздухаатмосферного давления, создавая зону энерговыделения размером около0.1 сm, поднимая температуру в следе в приповерхностном слое.РезультатыисследованияСВЧподкритическихразрядов,инициированных на поверхности диэлектрика. Порог пробоя наповерхности диэлектрика с инициатором или без него совпадает спорогом пробоя в отсутствие диэлектрика.
Область существованияповерхностного разряда совпадает с областью существования объемногоподкритического стримерного разряда. Свойства стримерных каналовповерхностного разряда идентичны при прочих равных условиях9свойствам каналов объемного стримерного разряда. Структурастримерной сети поверхностных разрядов в отличие от структурыобъемных разрядов характеризуется образованием ячеек с размерами λ/4вдоль вектора Е и λ/8 поперек вектора Е. При малой подкритичности иугле падения излучения на поверхность с инициатором большем нуля,наблюдается одновременное развитие поверхностного и объемногоразрядов. Свойства поверхностного подкритического стримерного разрядане зависят от материала и толщины диэлектрика, что свидетельствует онесущественности влияния физико-химических процессов на развитиеразряда по поверхности диэлектрика.7.
Результаты исследований по контролю газодинамических потоков спомощью СВЧ разрядной технологии. Экспериментально показанавозможность снижения лобового сопротивления тела в сверхзвуковомпотоке за счет выделения СВЧ мощности перед головной УВ и в доннойчасти, возможность создания боковой силы на профиле, обтекаемомскоростным потоком воздуха, за счет энерговыделения в поверхностномподкритическом разряде.
Получена зависимость силы от выделяемоймощности. Экспериментально показано, что распространение УВ черезобласть стримерного разряда после его завершения сопровождается еедеструкцией.8. Результаты исследований по инициации и стабилизации горения вскоростных потоках горючих смесей. Экспериментально показанаспособность подкритического и глубоко подкритического разрядовинициировать и поддерживать горение в модельной горючей смеси прискорости потока смеси до 200 m/s.4.
Формальные основания представления диссертацииАктуальность проблемыИзвестно, что одной из ключевых проблем сдерживающих развитиеперспективных летательных аппаратов (ЛА) являются трудности, связанныепроблемой организации высокоскоростного горения топливных смесей ипроблемами управления полетом ЛА. Ведущие мировые исследовательскиелаборатории прилагают большие усилия по поиску новых методов зажиганияи стабилизации горения смеси в скоростном потоке и управленияскоростными потоками. В международном научном сообществе снарастающей активностью обсуждаются методы воздействия плазмыгазовых разрядов на параметры горения в каналах силовых установок итечения вокруг ЛА.
Большое место отводится обсуждению этой проблемы насамых авторитетных конференциях по астронавтике и аэронавтике (вчастности, на регулярных конференциях Американского ИнститутаАстронавтики и Аэронавтики, AIAA, во Франции, ONERA, наМеждународной конференции European Conference for Aerospace Sciences,состоявшейся в Москве в 2005 г. под патронажем ONERA). Работы в этомнаправлении ведутся в США (AF, NASA), Франции (ONERA),Великобритании (British Aerospace, University of Liverpool, University of10Bristol) и во многих других научных центрах. Наиболее интенсивно работыведутся в США (Boeing Inc., John Hopkins University, NASA Langley ResearchBase, NASA Dryden Flight Research Base, Princeton University, Old DominionUniversity, Wright-Patterson AF Base, State University of New Jersey, NorthropGrumman Corporation, Eagle Aeronautics Inc, Lockheed Martin Aeronautics, AirForce Research Laboratory, Rutgers University, Orbital Research Inc., NavalResearch Laboratory, AF Space Command/XPY, Naval Surface Warfare Center,NASA Glenn Research Center, US AF Academy, AF Office of Scientific Researchи др.)Зарубежные исследователи в своих работах для создания газоразряднойплазмы обычно используют различные типы электрических разрядов.
Эторазряды постоянного тока в потоке, барьерные разряды (DBD), эрозионныеразряды, микроволновые разряды и др.В России также идут работы по изучению физических основ методоввоздействия плазмы газовых разрядов на параметры горения в силовыхустановках. Они проводятся в ФГУП «МРТИ РАН», МГУ им. М. В.Ломоносова, Московский Физико-технический институт (г.Долгопрудный),ИВТАН, Физико-технический институт им.
А.Ф.Иоффе (С-Петербург) и др.В них также обычно используются все вышеперечисленные типыэлектрических разрядов. Результаты исследований в данном направлении,известные к настоящему времени, указывают на то, что наибольшиеперспективы применения имеют СВЧ разряды.Научная новизнаВ диссертационной работе систематически изложены результатыэкспериментальных исследований СВЧ разряда в воздухе и ряде других газовв квазиоптическом пучке на длинах волн 8.9 cm и 2.4 cm и в открытомдвухзеркальном резонаторе на длине волны 8.9 cm и 4.3 cm.Впервые получен и исследован СВЧ пинч-эффект - удержание плазмыстримерного канала усредненным магнитным полем наведенного в нем СВЧтока и магнитогидродинамические неустойчивости, свойственные токовомуканалу в условиях магнитного самосжатия.Показано, что подкритический стримерный СВЧ разряд и глубокоподкритический СВЧ разряд взаимодействует с возбуждающим его ЭМполем с высокой эффективностью.Показан резонансный характер взаимодействия подкритическогостримерного разряда с полем как отдельных фрагментов его структуры, такструктуры в целом.
Выявлена принципиальная необходимость ветвлениястримерных каналов для развития в волновом поле и причиныраспространения ему навстречу.Исследованы свойства подкритического и глубоко подкритическогоразрядов в условиях, типичных для ряда приложений. Показанапринципиальная возможность снижения лобового сопротивления тела всверхзвуковом потоке с кпд, превышающем единицу, и создания боковойсилы с помощью СВЧ разряда. Показана и исследована способностьподкритических и глубоко подкритических СВЧ разрядов инициировать и11поддерживать горение в топливных смесях в различных вариантах инжекциив диапазоне коэффициента избытка топлива.Практическая значимостьПрактическая ценность выполненных исследований определяетсявыявленной высокой энергетической эффективностью взаимодействиястримерного подкритического и глубоко подкритического СВЧ разрядов сЭМ полем квазиоптического ЭМ пучка, что явилось основанием дляразвертывания поисковых работ по их применению в ряде конкретныхпредложений по использованию этих видов СВЧ разряда в практическихустройствах.
В ходе этой проработки на существующих установкахвыполнен ряд экспериментов, показывающих на количественном уровнереальность этих предложений.Данные типы разрядов могут быть использованы в плазменнойгазодинамике для управления характеристиками как дозвуковых,сверхзвуковых, так и гиперзвуковых летательных аппаратов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
