Введение к работе
Задача оптимизации высокоскоростных плазменных течений в настоящее время является одной из приоритетных задач современной газовой динамики. Исследования, проведенные за последние десятилетия в области сверх-и гиперзвуковой аэродинамики с целью увеличения аэродинамического качества летательных аппаратов (ЛА), их управляемости, не коснулись в достаточной степени применения плазменных технологий. Низкотемпературная плазма представляет собой интересный объект для решения проблем аэродинамики, позволяя создавать области низкой плотности вблизи обтекаемых тел, изменять физико-химический состав газа. Плазменные зоны разрежения могут быть организованы различными способами, например электрическими разрядами, плазменными генераторами или электронными пучками. Такие плазменные образования могут дополнительно управляться воздействием электрических и магнитных полей, что усиливает эффект воздействия плазмы на картину течения вблизи обтекаемого тела. Пространственно области энерговыделения могут быть размещены как на поверхности летательных аппаратов, так и вблизи их составных частей: носа, оперения, донной части и др. Плазма является достаточно сложным объектом для управления, и ее применение в задачах аэродинамики сопровождается сопутствующим температурным воздействием. Высокая температура плазменных образований приводит не только к нагреву поверхности, но и, как следствие этого, к эрозии материала поверхности. Попытки преодоления эрозионных эффектов, вызванных воздействием плазменного поршня, разгоняющего метаемое тело в рельсовых ускорителях (рельсотронах), до сих пор не увенчались успехом.
Настоящая работа посвящена исследованию воздействия плазменных образований на движение тел с высокими скоростями: при выдуве из тела, находящегося в сверх- и гиперзвуковом потоке, встречной плазменной струи и
Й0С. НАЦИОНАЛЬНА)! I ММ НОТКА |
повышению эффективности энергоподвода в плазменный поршень в донной части разгоняемого рельсовым ускорителем тела.
Актуальность темы
Плазменные струи, выдуваемые из носовой части ЛА навстречу потоку, позволяющие повысить аэродинамическое качество, снизить полное аэродинамическое сопротивление и улучшить управляемость ЛА, могут быть успешно применены в решении задач современной высокоскоростной аэрогазодинамики. Возможность преодоления пороговых скоростей метания тел (6-7 км/с) рельсовыми ускорителями повышением эффективности плазменных процессов вблизи донной части метаемого тела представляет широкий интерес в задачах аэробаллистического эксперимента, космических приложениях и высокоскоростного взаимодействия тел. Цели работы:
а) получить экспериментальные данные о взаимодействии встречных плаз
менных струй со сверх- и гиперзвуковыми потоками вблизи обтекаемых
тел, и в частности:
выявить степень снижения полного аэродинамического сопротивления; получить количественные данные об изменении интегральных характеристик обтекания в присутствии встречной плазменной струи; провести анализ картины течения вблизи обтекаемого тела.
б) экспериментально исследовать возможность повышения эффективности
метания тел в рельсовом ускорителе посредством пережатия плазменного
поршня высокоскоростным ударником.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается их воспроизводимостью в многократных экспериментах и удовлетворительным согласием с результатами численных расчетов, а также с данными, полученными другими авторами в сходных условиях исследований.
Научная новизна работы и практическая ценность заключается втом, что:
впервые обнаружены два стабильных режима истечения плазменной струи во встречный сверх- и гиперзвуковой поток: короткое проникновение (SPM-режим) и длинное проникновение (LPM-режим);
впервые получено распределение давления на поверхности модели в сверх-и гиперзвуковом потоке в присутствии встречной струи плазмы;
подтверждено, что встречная плазменная струя позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление затупленного тела при сверх- и гиперзвуковом обтекании. Наибольший эффект снижения сопротивления на затупленном конусе наблюдается на LPM и переходном SPM—»LPM режимах;
впервые предложен и экспериментально исследован новый способ ускорения макротел в рельсовом ускорителе в режиме плазменного поршня посредством пережатия его высокоскоростным ударником.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке перспективных летательных аппаратов, а также в создании эффективных высокоскоростных метательных систем. На защиту выносятся
- результаты экспериментального исследования воздействия встречной
плазменной струи на картину течения вблизи тела, находящегося в сверх- и
гиперзвуковом потоке.
результаты экспериментального исследования двухступенчатого ускорения макротел в рельсовом ускорителе в режиме пережатия плазменного поршня. Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на Международном совещании по магнитоплазменнои аэродинамике в аэрокосмических приложениях (Москва, 2000 г.), Международном симпозиуме по баллистике (Интерлакен, Швейцария, 2001 г.), Международной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 2002 г.), Международном семинаре «Гид-
родинамика высоких плотностей энергии» (Новосибирск, 2003 г.), а также на
научных семинарах ИТПМ СО РАН.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в конце реферата. Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 163 наименований и 100 рисунков. Полный объем диссертационной работы составляет 197 страниц.
