Диссертация (1149204), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Между58Не во всех реализациях эксперимента СВЧ разряды на тепловых следах отлазерных искр развивались одновременно. На Рис 33 представлены фотографииполученные в практически идентичных эксперименту на Рис 32 условиях. Отличиесостоит в задержке подачи импульса СВЧ и, таким образом, положением центровинициации относительно распределения интенсивности СВЧ поля и флуктуацийплотности воздуха.
Оба фактора значительно влияют на начальную стадиюразвития СВЧ стримера и задержку его развития относительно подачи СВЧимпульса. Явно видно что СВЧ разряд инициированный на второй (правой)тепловой яме начинает развиваться позднее. На это указывает его размер напервой(верхней) фотографии.«Срастание»разрядоввданныхусловияхпроисходитаналогичноодновременно зародившимся СВЧ стримерам.Во всех приведенных примерах инициации СВЧ разряда на двух инициаторахудается значительно увеличить протяженность разряда и снять ограничениедлинны волны СВЧ излучения для максимального размера стримера [26]. Чтобыубедиться в этом достаточно сравнить изображение на Рис 27 с изображениями наРис 32, Рис 33, полученных в близких условиях.
Зависимость протяженности СВЧразряда инициированного двумя лазерными искрами от задержки междулазерными импульсами (т.о. от расстояния мужду «тепловыми ямами» от лазерныхискр) представлена на Рис 51, Рис 53. До момента «срастания» плазмоидовкаждый из них схож с одиночным, и, поскольку развивается при давлениях вышепорогового, разряды значительно ветвятся и изгибаются навстречу источнику СВЧизлучения ( ранее было отмечено например в [24]). «Вторичный стример», которыйобъединяет плазмоиды, напротив, прорастает довольно прямолинейно. Как былопоказано в 1.4 это важно с точки зрения приложений аэродинамики.59Рис 33 Развитие СВЧ разряда инициированного одним СВЧимпульсом на тепловых возмущениях от двух лазерных разрядов.Статическое давление 127 торр, поток с числом МАХа 1.6, двалазерных импульса с энергией по 145мДж и задержкой между ними35мкс.
СВЧ импульс длительностью 3мкс мощностью 200кВт былподан на 60-й микросекунде после первого лазерного импульса.Между кадрами задержка 500нс, выдержка первого кадра 1000нс,выдержка второго кадра 500нс.602.6Спектральные исследованияПоскольку в данном исследовании СВЧ разряд рассматривается как методвоздействия на газодинамические процессы, то одним из важнейших параметровявляется энергия (а значит температура) газа после взаимодействия с СВЧизлучением.Несмотря на применение специальных фокусирующих систем илазерной инициации СВЧ разряд в описанных экспериментах отличаетсязначительнойнестабильностьюсвоейформы,посколькупроисходитвсверхзвуковом потоке и отличается чувствительностью к распределениюплотности газа в области разряда. Такая нестабильность в значительной мерезатрудняет заполнение светом данного разряда объективов спектральныхприборов, а тем более пространственное разрешение спектров по различнымобластям разряда.Попытка оценить энергию вложения СВЧ излучения вгазодинамические структуры используя модель точечного взрыва [30], [58] не даладостаточно достоверного результата.Былоприняторешениевернутьсяктрадиционнымдляфизикинизкотемпературной плазмы спектральным методам диагностики.Обзорный спектр лазерно инициированного СВЧ разряда, полученный наспектрометре avaspec .
Схема экспериментов показан на Рис 34. В результатеанализа обзорного спектра для детального рассмотрения был выбран 0-0 переход(λ=337,1 нм) второй положительной полосы азота 2 ( 3 → 3 ) , линиикоторого были наиболее яркими. Динамика формирования линий 0-0 переходавторой положительной полосы молекулярного азота, полученная при помощивторого спектрального канала (МДР23 + ФЭУ+tectronix) представлена на Рис 35.61Рис 34 Спектр СВЧ индуцированного разряда, инициированноголазерным пробоем.
Время экспозиции 50 мкс, время задержкилазер-СВЧ 4 мкс. Статическое давление 125 торр, поток с числомМаха 1,5Рис 35 Динамика формирования линий 0-0 прехода второй положительнойполосы молекулярного азота в СВЧ индуцированном разряде,инициированного лазерным пробоем. Время задержки лазер-СВЧ 4 мкс.62Для разрешения структуры полосы перехода требуется сканирование даннойполосы с максимально возможным разрешением [59]. Для каждого перехода ′ −′′ интенсивность вращательной линии может быть рассчитана как функция силыосциллятора(всоответствиис[61]):− ℎ ′ ( ′ + 1) = ()4где – вращательная константа, а = ′ + ′′ + 1 – сила осциллятора, ν –волновое число.Логарифм данного выражения имеет вид:− ℎ ′ ( ′ + 1) ( ′′) = +( + ′ + 1)Волновое число в полосе изменяется слабо, поэтому первое слагаемое правойчасти можно представить как константу.Угол наклона графика зависимости ( ′ + ′′+1) от ′ ( ′ + 1) определяетвращательную температуру газа.Так как квантовое число ′ зависит от ′′ ( ′ = ′ + 1 для R-ветви, ′ = ′ − 1 для P), то выражение 1 преобразуется в− ℎ ′′ ( ′′ − 1) ( ′′ ) = +2для P-ветви, и в− ℎ( ′′ + 1)( ′′ + 2) () = +2( ′′ + 1)для R-ветви.Таким образом зная интенсивности линий в полосе, соответствующие имдлины волн, а также квантовые вращательные числа ′′ можно определить63вращательную температуру газа.
При этом, для уменьшения возможной ошибки,рекомендуется проводить построения в области больших ′′ .В соответствии с правилами отбора [60], возможны 16 главных ветвейрассматриваемого перехода. При вычислениях использовались данные попереходам на вращательные термы 1 , как имеющие наибольшую интенсивность.Это приближение увеличивает погрешность измерений, но позволяет датьколичественную оценку вращательной температуры по упрощённому пути.Используемая нами связка оборудования не имела достаточной разрешающейспособности, поэтому регистрация спектров проводилась с интервалом 0,5 нм,затем данные экстраполировались. Далее при помощи значений длин волн и ихквантовых чисел [61] были найдены интенсивности отдельных, неразрешенныхлиний.Наибольшее внимание было уделено диапазону 334,6-336,5 нм, так как именнов этом диапазоне находятся линии R-ветви вращательной структуры молекулыазота, соответствующие большим квантовым вращательным числам.Затем было построено и линейно аппроксимировано отношение Ln (I)2(K′′ +1)к (K ′′ + 1)(K ′′ + 2) .
Откуда наклон, т. е.− ℎ≅ −0,005 , а вращательнаятемпература, соответственно ≅ 600 К.Поступательная температура равна вращательной по порядку величины, идля переходов с уровня 3 связана соотношением [62]: ≈ ∙ 1,09Т.е. = 650 К.64К сожалению, данный результат носит очень ограниченный практическийинтерес. Как видно из Рис 35 , несмотря на то, что СВЧ разряд длится 3микросекунды, линия 337нм наблюдаются только в начальной его стадии, в моментроста СВЧ стримера.При анализе разрешенных во времени линий спектрасвечения рассматриваемого разряда было обнаружено, например, что максимумяркости линии атомарного кислорода (777 нм) наблюдается на второймикросекунде после инициации СВЧ разряда (Рис 36).
Это время соответствуетстационарной стадии развития ( после окончания роста) СВЧ плазмоида , во времякоторой и происходит основной вклад энергии СВЧ излучения в плазму.Рис 36 Динамика формирования линий с длинами волн 3371 Å и7772 Å Интенсивности линий нормированы.Одним из важных результатов работы со спектральной частью установкиявляется отсутствие различий в составе и динамике спектральных линий приинициации разрядов в сверхзвуковом потоке и покоящемся воздухе. Это позволяетиспользовать результаты того огромного количества исследований различныхавторов по физике СВЧ разряда проведенных в покоящемся газе.653Глава 3. Приложения к газодинамическим объектам.3.1Результат взаимодействия самостоятельного СВЧ разряда сударной волнойНа рис 37 показан типичный ход развития эксперимента по воздействию напоток при помощи СВЧ разряда.
Изображения пронумерованы в хронологическомпорядке. На первом изображении яркая область в центре – самостоятельный СВЧразряд. Через время порядка 90мкс нагретая разрядом область воздуха достигаетголовной ударной волны и вызывает ее деформацию и отход от аэродинамическоготела. На рисунках 3 и 4 за отошедшей ударной волной заметно образованиевоздушного вихревого движения которое и способствует снижению головногосопротивления модели.График на Рис 38 показывает развертку во времени сигнала датчика давленияв торце аэродинамической модели.
Резкий положительный всплеск на графике вобласти 80мкс вызван помехой на датчик давления от СВЧ импульса. Провалявляется следствием взаимодействия области газа нагретого СВЧ разрядом сголовной ударной волной.66рис 37 Эксперимерт по взаимодействию нагретой СВЧразрядом области газа с головной ударной волной. Числомаха потока …. Статическое давление… 1 – момент3,83,63,43,2'p0 /p 3,0M=1,5cylinder D12mmMW impulse2,8p, Torr4096,52,62,42,20,00000,00020,00040,00060,00080,0010t, sРис 38 Развертка во времени сигнала с датчикадавления в торце затупленного цилиндра привоздействии на поток самостоятельным СВЧ разрядомпри различных давлениях. где – давление на торцеаэродинамической модели, а – статическое давлениев рабочей камере.67Импульс ∆ который получает тело в результате взаимодействия областигаза, нагретой СВЧ разрядом, можно оценить как:′∆ = ∫ (0− 0′ ())0′Где – площадь миделевого сечения модели, 0- давление в критическойточке модели при обычных условиях, 0′ () – давление в критической точке привзаимодействии с нагретой областью газа, t – время эксперимента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
