Диссертация (1149204), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Эти два факта позволяют реализовать СВЧ разряд в потокеинициированный двумя лазерными импульсами с задержкой между импульсами в10..120 мкс. На Рис 28 представлены результаты экспериментов.Для наглядности представлена реализация эксперимента без СВЧ вложения,число Маха потока 1.5, статическое давление 145 Торр, задержка между лазернымиимпульсами 30мкс. Видны две разреженные области от лазерных разрядов,смещенные по потоку от области каустики лазерного луча.
На остальныхфотографиях - результаты экспериментов с СВЧ вложением, задержки между50инициирующими лазерными импульсами в20,30 и 42 мкс. Как видно, выборомвременных параметров эксперимента удается получить СВЧ импульс различнойпротяженности и даже два отдельных СВЧ плазмоида.Изначально предполагалось что с помощью двух «затравочных» областей,образованныхпосредствомлазернойискрыудастсяполучитьединуюпротяженную область воздуха с пониженной плотностью, на которой иинициируется протяженный СВЧ разряд. Но после анализа расчетов картиныплотностей и теневых фотографий возник вопрос о механизме «срастания» СВЧплазмоидов, ведь между двумя инициированными СВЧ разрядами находитсяразрыв плотности – ударная волна от второй лазерной искры. Повышеннаяплотность воздуха за данной ударной волнойдолжна служить барьером дляраспространения СВЧ плазмы. Однако эксперименты показали, что существуютусловия при которых «срастание» разрядов происходит устойчивость.
Попыткаобъяснения этого эффекта будет сделана далее.Рис 28 Иициация СВЧ двойным лазерным пробоем512.5Увеличение длинны СВЧ разряда.В работах [23-26] СВЧ плазмоид рассматривался как наведенный диполь вовнешнем переменном поле. Если расположить два плазмоида на одной оси иприложить к ним внешнее поле, то мы получим два однонаправленных наведенныхдиполя.
Поле, наведенное диполями в промежуток между ними будет складыватьсяс внешним СВЧ полем и усиливать его. Т.к. частота ионизации сильно зависит отэлектрического поля, в данном промежутке может возникать «вторичная» волнаионизации и между плазмоидами и может «прорастать» вторичный стример.Слияние двух плазмоидов в один протяженный при уменьшении расстояниямежду инициирующими «тепловыми ямами» носит не просто геометрическийхарактер – в какой-то момент наведенное поле должно превысить пробойное дляпромежутка между плазмоидами и произойдет вторичный СВЧ пробой.Зафиксировать момент развития этого вторичного стримера довольно сложноввиду множества факторов влияющих на его образование. В частности флуктуацииплотности воздуха в сверхзвуковом потоке вызывают значительный разбросзадержек начала развития СВЧ разряда относительно начала СВЧ импульса вплотьдо 500нс.
В то время как время развития (геометрический рост доквазистационарнойстадиисуществованияплазмоидасогласноэлектродинамической модели) СВЧ разряда порядка 100нс. Тем не менее рядфотографий, регистрирующих этот процесс был получен Рис 29. Условияэксперимента: число Маха потока 1.5, статическое давление 168Торр, два лазерныхимпульса по 145 мДж с задержкой в 30 мкс относительно друг друга, СВЧ импульс1.5мкс 200кВт через 95 мкс после первого лазерного импульса. Стрелкой указанканал вторичного стримера. Темные горизонтальные полосы – элементыфокусирующей системы для СВЧ, прочие темные и светлые области являютсяШлирен-картиной слабых возмущений плотности сверхзвукового.
Как видно изрисунка при данной реализации СВЧ разряды инициировавшиеся на тепловыхследах от лазерных искр развиваются при значительных неоднородностяхплотности воздуха и статическом давлении гораздо более высоком чем пробойное52(порядка 90Торр). Вторичный стример соединяет области разрядов с наименьшимрадиусомкривизныповерхности,т.е.смаксимальнымусилениемэлектростатического поля наведенных зарядов.Как было показано ранее (см 2.3) характер лазерно-инициированного СВЧразряда сильно зависит от геометрического расстояния между центрамиинициации (что тождественно задержкам между лазерными импульсами принашей геометрии эксперимента).
На Рис 30 показана расшифровка типичнойфотографии полученной в ходе эксперимента. Стрелкой указано направлениесверхзвукового воздушного потока, области 1 и 2 – «тепловые ямы» от лазерныхискр на момент получения фотографии.3 – область с необъяснённым на данныймомент поведением СВЧ разряда (подробно рассмотрим позднее). 4- областьфокуса лазерного луча (условно показан вертикальной зеленой линией),горизонтальная желтая линия – ось сверхзвукового потока. Под фотографиейпредставленораспределениеинтенсивностиполяСВЧизлучения,нормализованного на единицу.
Черные квадраты –результат расчетов, красныекружки – измерения пробным диполем. Для масштабирования картиныиспользуются диаметр аэродинамической модели(затупленного цилиндра) 12мм.Все задержки выбирались таким образом, чтобы инициация СВЧ разрядапроисходила в области максимума СВЧ поля.53Рис 29 Вторичный стример между двумя отдельными СВЧ разрядами.число Маха потока 1.5, статическое давление 168Торр, два лазерныхимпульса по 145 мДж с задержкой в 30 мкс относительно друг друга,СВЧ импульс 1.5мкс 200кВт через 95 мкс после первого лазерногоимпульса54Рис 30 Геометрия экспериментов по исследованию инициации СВЧ разряда вдопробойных полях в сверхзвуковом потоке воздуха на тепловых следах от двухлазерных искр. Стрелкой указано направление сверхзвукового воздушногопотока, области 1 и 2 – «тепловые ямы» от лазерных искр на момент полученияфотографии.3 – область с аномальным поведением СВЧ разряда.
4- областьфокуса лазерного луча (условно показан вертикальной зеленой линией),горизонтальная желтая линия – ось сверхзвукового потока. График –распределение интенсивности поля СВЧ излучения, нормализованного наединицу. Черные квадраты –результат расчетов, красные кружки – измеренияпробным диполем. Для масштабирования используется аэродинамическаямодель в виде затупленного цилиндра диаметром 12мм.55Рис 31 Статическое давление 158 Торр, температура торможения 290К, числоМаха потока 1.6, СВЧ импульс 3мкс 200кВт, два импульса лазера по 145мДж сзадержкой между ними (сверху вниз) 15,30 и 45 мкс соответственно. 1 и 2 –области нагретого лазерными разрядами газа, 3 – область с аномальнымповедением СВЧ разряда.56На Рис 30 представлена серия фотографий лазерно-инициированного СВЧразрядаприразличныхзадержкахмеждуинициирующимилазернымиимпульсами.
При этом видно, что при задержке 45 мкс СВЧ разряды ведут себякак независимые и развиваются в обе стороны от областей инициации (1 и 2) вдольоси максимума СВЧ поля. При задержке в 30мкс разряды «срастаются» в одинпротяженный. Эти процессы вполне согласуются с высказанным в начале главыобъяснением на основе электродинамической теории развития СВЧ стримера.Сложность в интерпретации возникает при рассмотрении области 3, в которой непроисходит развитие СВЧ стримера при малых значениях задержки междуинициирующими импульсами.
При отдалении второй инициирующей областилибо использовании только одного лазерного импульса (для создания толькоинициирующей области 1) СВЧ разряд устойчиво развивается в область 3.Возможно при малых расстояниях между центрами инициации СВЧ разрядыобъединяются еще на стадии развития электронной лавины и развиваются как одинплазмоид ограниченный, соответственно, протяженностью 2/3 длинны волны СВЧизлучения.Отметим, что все ранее продемонстрированные фотографии являютсяинтегральными во времени, поскольку имеют выдержку 1…3мкс и были полученыв однокадровом режиме работы фотокамеры, т.е.
за одну реализацию экспериментабыл получен один кадр. С целью изучения динамики процесса был произведен рядэкспериментов с использованием фотокамеры в двухкадровом режиме.Одну из таких реализаций можно наблюдать на Рис 32. Параметрыэксперименты были выбраны таким образом чтобы обе «тепловые ямы» отлазерных разрядов в моментподачи СВЧ импульса находились в областимаксимума СВЧ поля. При этом достигается одновременность инициации СВЧразрядов, что и видно на верхней части рисунка.
Второе изображение(нижнее)получено спустя 500нс после окончания экспозиции первого(верхнего). Такимобразом показано что действительно происходит «срастание» двух разрядов в одинпротяженный, а не развитие одного СВЧ разряда.57Рис 32Процесс «срастания» двух СВЧ плазмоидовинициированных одним СВЧ импульсом на тепловыхвозмущениях от двух лазерных разрядов. Статическое давление127 торр, поток с числом МАХа 1.6, два лазерных импульса сэнергией по 145мДж и задержкой между ними 35мкс. СВЧимпульс длительностью 3мкс мощностью 200кВт был подан на75-й микросекунде после первого лазерного импульса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
