Разряд в газах среднего и высокого давления в квазиоптическом пучке электромагнитных волн СВЧ диапазона (1097869), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Фотографии разряда при его зажигании : a) перед головнойУВ; b)за головной УВ; с)в кормовой части модели исоответствующие им осциллограммы измеряемых Fx . СоплоЛаваля - справа29СЗ потокЭкранОсьМодельFyИзмерительFyИнициаторa)РазрядРис.6аb)c)d)Рис.24. Эксперимент по созданию подъемной силы Fy с помощьюСВЧразряда, созданного на поверхности модели,противоположнойпадающемуизлучению:a)схемаэксперимента; b)фотография модели с горящим разрядом; c) иd) осциллограммы измеряемой Fy без разряда и с разрядомКоличественные измерения сил, возникающих под действием СВЧглубоко подкритического разряда находятся в полном соответствии срезультатами расчетов и численного моделирования по боковой силе [67] илобовому сопротивлению [68].
Эксперименты подтвердили утверждение одоминирующей роли теплового влияния газоразрядной плазмы нагазодинамические процессы [69].Экспериментально показана способность подкритического и глубокоподкритического разрядов инициировать и поддерживать горение вмодельной горючей смеси при скорости потока смеси до 200 m/s.(a)(b)Рис.25. Схема (a) и реализация (b) горелки в скоростном потокеРассматриваетсявозможностьбезынерционногоуправленияаэродинамическими параметрами сверхзвуковых и дозвуковых летательных30аппаратов и, в частности, использование для этого стримерногоподкритического СВЧ разряда с развитой структурой на поверхностидиэлектрика.ЗаключениеПроведено комплексное исследование различных типов газовогоразряда в потоке СВЧ излучения на разных длинах волн сантиметровогодиапазона в широком диапазоне давления газа и уровня плотности потокаэнергии излучения в импульсном и непрерывном режимах в сложныхпостановках, имитирующих типичные ситуации реальных условий.
Особоевнимание уделялось экспериментальным исследованиям разрядов,инициированных в поле с уровнем, меньшим и много меньшим критическогозначения. Использование максимально возможной в лабораторных условияхдлины волны излучения, при которой еще возможно воссоздавать условияквазиоптики (8.9 cm и 12.3 cm), позволило исследовать структурныеособенности формирования подкритических стримерных разрядов и понятьосновные закономерности, определяющие их развитие.Исследование феноменологии СВЧ импульсного разряда внадкритическом СВЧ поле на длине волны 8.9 cm показало, что в диапазонесредних значений давления воздуха (1<ν/ω<50) его свойства полностьюкоррелируют с таковыми на более коротких длинах волн при тех жезначениях ν/ω.
Исследования динамики развития надкритическогоимпульсного СВЧ разряда на длине волны 8.9 cm в диапазоне значенийпараметра ν/ω >50 показало, что его развитие начинается с быстрогораспространения диффузной формы с заполнением области надкритическогополя последующим формированием нитевидной структуры.
Формированиеплазмоидных структур с четвертьволновым периодом в диффузныхнадкритических разрядах требует дальнейших теоретических исследований.Использование открытого резонатора, играющего роль накопителя СВЧэнергии с высокой плотностью энергии в объеме и высоком уровнеэлектрического поля, позволило провести исследование разрядных явленийпри давлении газа в несколько атмосфер и обнаружить новое физическоеявление - СВЧ пинч-эффект безэлектродного прямолинейного разряда. СВЧпинч наблюдался при разряде в открытом высокодобротном резонаторе придавлении газа выше атмосферного на длинах волн λ=8.9 cm и λ=4.3 cm.Развитие разряда в резонаторе при высоком давлении начинается сединичного электрона с образованием вытянутого вдоль поля канала, концыкоторого развиваются со скоростью, нарастающей от 10 до 100 km/s привыходе на резонанс, в полном соответствии с представлением о стримерноммеханизме развития разряда высокого давления в надкритическом поле.Стример достигает длины, близкой к резонансной, и почти полностьюопустошает резонансный накопитель.
Темп, в котором происходитопустошение накопителя, свидительствует о резонансном характеревзаимодействия стримерного разряда с полем. При уровне поля в резонаторе,31превышающем пороговое значение в несколько раз и давлении в несколькоатмосфер, развитие разряда сопровождается образованием перетяжки вцентральной области (однойили более) со следами повышенногоэнерговыделения в ней. При давлении водорода выше 5 атмосфернаблюдается развитие змейковой моды возмущения большой амплитуды, неприводящее, тем не менее, к развалу токового канала.
Развитие наблюдаемыхнеустойчивостей качественно и количественно объясняется проявлениемсамосжатия токового СВЧ канала усредненным магнитным полем тока,наведенного в стримере при достижении электродинамического резонанса.Параметры плазмы в токовом канале резко возрастают с увеличениемдавления газа. Пинч-эффект в безэлектродном СВЧ стримерном разрядеполучен и исследован впервые.Для уверенной инициации подкритических и глубоко подкритическихразрядов были предложены и исследованы калиброванные резонансные идорезонансные инициаторы различной конфигурации и системыинициаторов.
Для тонких вибраторов различной геометрии полученызависимости коэффициента увеличения поля и их резонансной длины отрадиуса проводника. Предложен и разработан простой метод измеренияабсолютного значения напряженности СВЧ поля с помощью калиброванноговибратора (проще всего, металлического шарика малого размера),облучаемого УФ, помещаемого в точку измерения. Разработана теория учетадиффузионных потерь электронов на шарик, позволяющая ввести поправку.Исследования пространственной структуры, динамики развития иосновных свойств разрядов, инициированных в подкритическом поле надлинах волн 8.9 cm и 2.4 cm, подтвердили, в основном, полученные ранеесведения и внесли существенные дополнения, позволившие понять ипромоделировать основные закономерности, определяющие распространениестримерного разряда в подкритическом поле.
В результате исследованийинициированных разрядов в подкритическом поле определены границысуществования инициированного стримерного разряда и переходной зоны отдиффузного к стримерному типу в зависимости от длины волны излучения.Середина переходной зоны от диффузного разряда к стримерномуоценивается соотношениемpdif 250Torr cm .Полученныеданныеотносительнограницсуществованияподкритического стримерного разряда для разных длин волн вполнеудовлетворительно согласуются с результатами теоретической оценки,основанной на ограниченности способности стримера создаватьнеобходимую надкритичность поля на его голове.Глубоко подкритический разряд выделен в самостоятельный типразряда, как представляющий особый интерес с точки зрения приложений.Исследована эффективность взаимодействия прямолинейного резонансноговибратора, нагруженного глубоко подкритическим разрядом, с СВЧ полем.Определено сечение поглощения системы вибратор - глубокоподкритический разряд в свободном пространстве и присутствии рефлектора3220.24∙λ .
Показана и частично исследована способность глубокоподкритического разряда, инициированного прямолинейным резонанснымвибратором, выполненным в виде инжектора топливной смеси, инициироватьи поддерживать горение смеси с массовым коэффициентом избытка топлива,большим 0.2. Исследованы свойства глубоко подкритического разряда,инициированного кольцевым резонансным вибратором. Показано, чтодвухэлектродный разряд способен квазистационарно существовать в потокевоздуха атмосферного давления, создавая локальную зону энерговыделения схарактерным размером порядка 0.1сm, поднимая температуру в следе вприповерхностном слое над диэлектрической поверхностью, обтекаемойпотокомОтдельную форму инициированных подкритических разрядовпредставляют стримерные разряды на поверхности диэлектрических тел.Порог пробоя на поверхности диэлектрика с инициатором или без негосовпадает с порогом пробоя в отсутствие диэлектрика независимо оториентации поверхности диэлектрика относительно вектора Пойнтингападающего излучения.
Область существования поверхностного разрядасовпадает с областью существования объемного подкритическогостримерного разряда. Свойства стримерных каналов поверхностного разряда(радиус, интенсивность свечения, скорость распространения) идентичны припрочих равных условиях свойствам каналов объемного стримерного разряда.Структура стримерной сети поверхностных разрядов отлична от структурыобъемных разрядов и характеризуется образованием ячеек с размерами λ/4вдоль вектора электрического поля и λ/8 поперек вектора электрическогополя. При малой подкритичности (Ecr/E0<2) и угле падения волны излученияна поверхность с инициатором, большем нуля, наблюдается одновременноеразвитие поверхностного и объемного стримерного разряда.
Свойстваповерхностного подкритического стримерного разряда не зависят отматериала и толщины диэлектрика, что свидетельствует о несущественностивлиянияфизико-химическихпроцессовнапредпочтительностьраспространения разряда по поверхности диэлектрика и с указанным вработе [49] уровнем поля при длине волны излучения 4.3 cm, примерноравным 1 kV/cm.Экспериментальные исследования по контролю газодинамическихпотоков с помощью СВЧ разрядной технологии подтвердили теоретическипредсказанную возможность снижения лобового сопротивления тела всверхзвуковом потоке за счет выделения СВЧ мощности перед головнымскачком с кпд, существенно большем единицы, и за счет выделения СВЧмощности в донной части. Экспериментально подтверждена теоретическипредсказанная возможность создания боковой силы на профиле, обтекаемомскоростным потоком воздуха, за счет энерговыделения в поверхностномподкритическом разряде, получена зависимость силы от выделяемоймощности.
Зондирование области разряда слабой ударной волной показало,что распространение ударной волны через область стримерного разряда33непосредственно после его завершения сопровождается ее полнойдеструкцией.Экспериментальные исследования по инициации и стабилизациигорения в скоростных потоках горючих смесей показали способностьподкритического и глубоко подкритического разрядов инициировать иподдерживать горение в модельной горючей смеси при скорости потокасмеси до 200 m/s.Выявленные свойства стримерных СВЧ разрядов указывают на ихперспективность для различных приложений как в области плазменнойаэродинамики, так и в области плазменно-стимулированного горения ипозволяют рассматривать различные варианты их практическогоприменения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
