Что в архиве: Оформление квалификационной работы:

Расчетно-пояснительная записка на _98__ листах формата А4.

Перечень графического (иллюстративного) материала (чертежи, плакаты, слайды и т.п.)
Плакаты А1 – 9 шт., слайды – 27 шт.

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка 98 с., 66 рис., 7 табл., 16 источников.
МНОГОКАНАЛЬНЫ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ, КАПИЛЛЯРНЫЙ РАЗРЯД, ПЛАЗМЕННЫЙ ТОРОИДАЛЬНЫЙ ВИХРЬ, ПЛАЗМЕННОЕ ВИХРЕВОЕ КОЛЬЦО, ФОТОПИРОМЕТРИЯ, RGB-МАТРИЦА
Объектом исследования являются процессы коллективизации высокоскоростных плазменных образований, возникающих в результате электровзрыва проводника в цилиндрическом канале.
Цель работы – исследование излучательных характеристик структуры плазменных вихрей в атмосферном воздухе при многоканальной инжекции импульсных струй.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Научный обзор современных статей в области исследования процессов истечения вихревых плазменных структур в атмосферу;

2) Научный обзор современных статей в области применения процессов электровзрыва;
3) Разработка математической модели для моделирования процессов, протекающих в рабочем канале электроразрядного генератора;
4) Расчет термодинамических параметров плазмы алюминия, электротехнических и газодинамических характеристик разряда, расчёт параметров истечения плазменной струи на начальной стадии;
5) Модернизация конструкции существующего многоканального генератора плазмы;
6) Разработка методики и экспериментального стенда для реализации метода трех цветной фотопирометрии;
7) Исследование пространственных распределений спектральных яркостных температур, оценка пространственного распределения продуктов сгорания алюминиевой фольги;
8) Разработка стенда для исследования электротехнических характеристик генератора и спектральных характеристик плазменно-вихревых образований;
9) Исследования процессов коллективизации плазменных образований при одновременном истечении из четырех каналов, определение электрических характеристик контура и излучательных характеристик плазменных образований при электровзрыве проводника в одном и одновременном взрыве в четырех каналах, сравнение и анализ полученных параметров.

СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ.. 2
ВВЕДЕНИЕ. 9
1 Информационный поиск. 11
2 Расчетно-теоретическая часть. 20
2.1 Электротехнический расчет контура. 21
2.2 Расчет сопротивления плазмы в канале. 25
2.3 Расчёт термодинамических параметров плазмы.. 27
2.4 Математическая модель для расчета электротехнических параметров в среде Simulink. 29
3 Проектно-конструкторская часть. 36
4 Научно-исследовательская часть. 39
4.1 Состав и структура экспериментального стенда для исследования электротехнических и спектральных характеристик. 39
4.2 Состав и структура экспериментального стенда для реализации метода трехцветной пирометрии. 40
4.3 Методика калибровки фотоаппарата. 42
4.4 Диагностическое оборудование. 50
5 Результаты исследований. 55
5.1 Электротехнические характеристики. 55
5.2 Спектрально-излучательные характеристики. 58
5.3 Трехцветная фотопирометрия. 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б.. 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 90

ВВЕДЕНИЕ

Активный интерес к исследованию электротермических химически активных плазменных потоков (в англ. литературе electrothermal chemical (ETC) plasma) обусловлен их широким применением для обработки металлов [2], [3], при создании мощных источников оптического и рентген излучения [4], [5], [6] для симуляции нагрузок на стенку в токамаке при срыве плазмы [7], при инициировании жидких и твердых ракетных топлив [8], [9], [10], [11] и для ускорения тел до сверхзвуковых скоростей [12], [13], [14].
Импульсное торможение плазменной струи в атмосферном воздухе при определённых условиях приводит к формированию когерентный вихревых структур, в частности долгоживущих плазменных тороидальных вихрей, время жизни которых значительно превышает время энерговклада. Актуальность исследований подобных плазменных образований связана с возможность создания автономных источников мощного широкополосного излучения с эффективностью преобразования значительно превышающей эффективность известных автономных источников излучения, которые могут быть использованы в качестве оптико-электронного противодействия современным ракетам с головками самонаведения, работающими в оптическом спектре электромагнитного излучения.
Направления исследований по созданию таких перспективных исследований связаны как с исследованием физических свойств плазменных вихрей, являющихся на сегодняшний день относительно малоизученным явлением, так и с исследованиями технических возможностей повышения их спектрально-энергетических и пространственных характеристик.
На характеристики плазменных высокоскоростных струй и как результат на ПТВ оказывают влияние эффекты в рабочем канале генератора, которые приводят к перераспределению вкладываемой в проводник энергии. К таким эффектам относятся процессы электровзрыва (ЭВ), возникающие в межэлектродном промежутке при протекании тока через фольгу на стадии металлической проводимости, а также связанные с ними процессы формирования шунтирующих дуговых разрядов [1]. Существует множество работ направленных на создание математических моделей, описывающих процессы в рабочем канале. Однако, эти модели не являются универсальными, и каждая обладает своей спецификой. Поэтому возникает потребность создании общей модели расчета и численного моделирования поведения дугового разряда в рабочем канале электроразрядного генератора.
Другая проблема, возникающая после изучения формирования сверхзвуковой плазменной струи, - это отсутствие полного понимания в механизмах формирования плазменных вихрей и протекающих в них нестационарных процессах. Изучение этих процессов требует знаний в многих отраслях химии и физики, таких как физика радиационной плазмодинамики, высокоскоростной газодинамики, физика и химия многофазных течений и горения. Однако, из-за свойств плазменных вихрей в частности высокого времени жизни, высокого КПД преобразования внутренней энергии в излучение возникает потребность как в развитии существующих методик исследования, так и в создании новых
Помимо этого, исследователи в этой области пытаются увеличении эффективность выходного излучения плазменных тороидальных вихрей. Одним из путей увеличения выходной энергии взрывных и электроразрядных генераторов является применение многоканального исполнения. Полагается, что в результате коллективизации нескольких плазменных образований будет достигнуто явление синергии и итоговая энергия излучения будет превышать суперпозицию энергий отдельных каналов.
Таким образом основа данной работы заключается в создании новой методики исследования процессов коллективизации плазменных образований при одновременном истечении плазменных струй из четырех каналов электроразрядного генератора на основе электровзрыва проводника в цилиндрической геометрии. А также создание расчетной модели для оценки параметров плазмы в рабочем канале и параметров истечения высокоскоростных плазменных потоков в атмосферу.

1 Информационный поиск

Для оптимизации существующих источников плазменных образований, а также для разработки новых необходимо изучать процессы электровзрыва в рабочем канале, которые приводят к появлению плазмы.
В работе [1] для изучения процесса электровзрыва на стеклянную подложку методом магнетронного распыления наносились покрытия из алюминия, меди, титана, вольфрама, никеля и олова (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема покрытия на стеклянной подложке

Эксперименты показали, что для всех образцов электровзрыв происходит, если плотность тока в проводящем слое превышает пороговое значение, равное величине (1,3…8)∙10⁹ А/м². Проводник взрывается в результате изменения баланса между потенциальной и кинетической энергиями противоположных зарядов в кристалле. Баланс нарушается, например, когда скорость дрейфа электронов в металле превышает значение 0,05…0,54 м/с. Количество энергии, высвобождаемой во время ЭВ тонкой металлической плёнки, равно энергии когезии кристаллической структуры. Энергия, необходимая для взрыва металла, в 66…2133 раз меньше энергии когезии металла для Al, Cu и т.д., следовательно, ЭВ проводников можно использовать в качестве источника энергии.