RU46356U1 - GAS-DYNAMIC INSTALLATION - Google Patents

GAS-DYNAMIC INSTALLATION Download PDF

Info

Publication number
RU46356U1
RU46356U1 RU2005105221/22U RU2005105221U RU46356U1 RU 46356 U1 RU46356 U1 RU 46356U1 RU 2005105221/22 U RU2005105221/22 U RU 2005105221/22U RU 2005105221 U RU2005105221 U RU 2005105221U RU 46356 U1 RU46356 U1 RU 46356U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
accelerator
converter
gas
nozzle
adt
Prior art date
Application number
RU2005105221/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.И. Калинин
Ю.Е. Ушаков
Ю.В. Пашковская
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority to RU2005105221/22U priority Critical patent/RU46356U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU46356U1 publication Critical patent/RU46356U1/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Газодинамическая установка, содержащая гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство первичное сверхзвуковое сопло, магнитно-гидродинамический (МГД) ускоритель Фарадея с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочая часть АТД с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло, многоступенчатая система эжекторов, датчики давления и температуры, соединенные через преобразователь с входом ЭВМ, аппаратура скоростной киносъемки, спектрограф, причем в ее состав введен лазер на свободных электронах, содержащий линейный индукционный ускоритель электронов, инжектор электронов, электромагнитный ондулятор, управляющая катушка которого через преобразователь соединена с первым выходом ЭВМ, а второй выход через преобразователь соединен с управляющими обмотками МГД-ускорителя ФарадеяGas-dynamic installation containing a hypersonic wind tunnel (ADT), in which a high-pressure balloon, a control throttle, an electric arc heater, a dosing device, a primary supersonic nozzle, a magneto-hydrodynamic (MHD) Faraday accelerator with control windings, a secondary nozzle, and a working part are arranged in series ADT with the investigated model and holder, output nozzle, multi-stage system of ejectors, pressure and temperature sensors connected via input to converter m computer, high-speed filming equipment, spectrograph, and its composition includes a free electron laser containing a linear induction electron accelerator, electron injector, electromagnetic undulator, the control coil of which is connected through the converter to the first output of the computer, and the second output is connected to the control via the converter windings of the MHD accelerator Faraday

Description

Полезная модель относится к области гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики и предназначена для изучения физических процессов генерации сильных ударных волн и теплового широкополосного излучения в средах конечного давления.The utility model relates to the field of hypersonic aerodynamics and radiation plasma dynamics and is intended to study the physical processes of generation of strong shock waves and thermal broadband radiation in finite pressure media.

Известна крупноразмерная гиперзвуковая аэродинамическая труба (АТД) Т-117 (Г.С.Бюшгенс, Е.П.Бержицкий, ЦАГИ - центр авиационной науки, М. «Наука», 1993), позволяющая проводить исследования аэродинамических и тепловых характеристик моделей различных гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) при достаточно полном геометрическом подобии моделей и натуры. Аэродинамический контур трубы Т-117 содержит электродуговой подогреватель, рабочую часть -круг диаметром d=1 м, теплообменник, вакуумную емкость, отсечные задвижки, эжекторы, сверхзвуковое сопло, сверхзвуковой диффузор.The large-sized hypersonic wind tunnel (ATD) T-117 is known (G.S.Byushgens, E.P. Berzhitsky, TsAGI - Center for Aviation Science, M. "Science", 1993), which allows the study of aerodynamic and thermal characteristics of models of various hypersonic flying devices (LA) with a fairly complete geometric similarity of models and nature. The aerodynamic circuit of the T-117 pipe contains an electric arc heater, the working part is a circle with a diameter of d = 1 m, a heat exchanger, a vacuum tank, shut-off valves, ejectors, a supersonic nozzle, and a supersonic diffuser.

Гиперзвуковая труба Т-117 - труба периодического действия, использующая сжатый воздух высокого давления (до 320 атм.), аккомулированный в баллонах емкостью 10 м3 каждый. Необходимая степень сжатия в трубе создается с одной стороны высоким давлением торможения в форкамере трубы (от 40 до 280 атм.) и с другой стороны использованием четырехступенчатой ступени эжекторов или вакуумной емкости объемом 3000 м3 с начальным разрежением до 0,01 мм рт.ст., создающих необходимое разрежение за одним из трех нерегулируемых сверхзвуковых диффузоров.The hypersonic pipe T-117 is a batch pipe using high-pressure compressed air (up to 320 atm.), Accumulated in cylinders with a capacity of 10 m 3 each. The necessary compression ratio in the pipe is created on the one hand by high braking pressure in the tube chamber (from 40 to 280 atm.) And, on the other hand, by using a four-stage stage of ejectors or a vacuum tank with a volume of 3000 m 3 with an initial vacuum of up to 0.01 mm Hg. creating the necessary vacuum behind one of the three unregulated supersonic diffusers.

Продолжительность одного испытания при работе с системой эжекторов - до 3 мин., с вакуумной емкостью 1,5 мин.The duration of one test when working with the ejector system is up to 3 minutes, with a vacuum capacity of 1.5 minutes.

Труба имеет набор профилированных осисимметричных, сверхзвуковых сопл с выходным диаметром 1,0м, рассчитанных на реализацию чисем М на выходе из сопла в диапазоне от 10 до 20. Диапазон чисел Rе - от 0,15·106 до 4,8·106 (отнесено к 1 м).The pipe has a set of profiled axisymmetric, supersonic nozzles with an output diameter of 1.0 m, designed to be implemented by the number M at the nozzle exit in the range from 10 to 20. The range of Re numbers is from 0.15 · 10 6 to 4.8 · 10 6 ( assigned to 1 m).

Для предотвращения конденсации воздуха в рабочей части при разгоне его до заданных сверхзвуковых скоростей осуществляется предварительный нагрев рабочего газа до температуры в форкамере 1200-2000 К с помощью электродугового подогревателя мощностью 25000 кВт.To prevent air condensation in the working part when it is accelerated to the given supersonic speeds, the working gas is pre-heated to a temperature in the prechamber of 1200-2000 K using an electric arc heater with a capacity of 25000 kW.

Рабочая часть трубы выполнена по схеме камеры Эйфеля с охлаждаемыми стенками и оборудована двумя быстродействующими механизмами ввода испытываемой модели в поток.The working part of the pipe is made according to the scheme of the Eiffel chamber with cooled walls and is equipped with two high-speed mechanisms for introducing the tested model into the stream.

Труба оснащена быстродействующим измерительно-информационным комплексом в составе: тензометрических весов на разные случаи нагружения модели, датчиков давления и температуры, оптических средств визуализации потока, систем вычислительной техники. Процесс эксперимента автоматизирован. Выходная информация выдается в виде таблиц и графиков. В гиперзвуковой аэродинамической трубе Т-117 могут проводиться следующие виды эксперимента:The pipe is equipped with a high-speed measuring and information complex consisting of: strain gauge scales for various cases of model loading, pressure and temperature sensors, optical flow visualization tools, computer systems. The experiment process is automated. The output is given in the form of tables and graphs. The following types of experiments can be carried out in a T-117 hypersonic wind tunnel:

- определение суммарных аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов и их элементов;- determination of the total aerodynamic characteristics of aircraft models and their elements;

- определение распределения давления и тепловых потоков по поверхности моделей;- determination of the distribution of pressure and heat fluxes on the surface of the models;

- визуализация картины обтекания с помощью интерферометра сдвига;- visualization of the flow pattern using a shear interferometer;

- физические исследования.- physical research.

Однако состав и возможности данной экспериментальной базы не отражает особенности гиперзвукового диапазона скоростей полета: разнообразие физических эффектов и невозможность полевого моделирования в наземных условиях всех необходимых характеристик с учетом резонансного поглощения энергии затупленного конца модели.However, the composition and capabilities of this experimental base do not reflect the characteristics of the hypersonic range of flight speeds: a variety of physical effects and the impossibility of field modeling in ground conditions of all the necessary characteristics, taking into account the resonant energy absorption of the blunt end of the model.

Известна АДТ с магнитно-гидродинамическим (МГД) - ускорители Фарадея (см. Брюшгене Г.С., Сычев В.В., Берджицкий Е.Л. и др. ЦАГИ - основные этапы научной деятельности 1968-1993 гг., стр.396), взятая за прототип. АДТ содержит последовательно расположенные электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, МГД-ускоритель, вторичное сопло, рабочую часть, эжекторы. В гиперзвуковой АДТ определяются распределение давления по поверхности моделей, величина отхода и форма ударной волны, параметры в форкамере установки р0 и Т0 величин полных и статических давлений в потоке в месте расположения моделей, энтальпии торможения и степени возможного отклонения от термодинамического равновесия состояния газа на выходе из сопла.Known ADT with magnetohydrodynamic (MHD) - Faraday accelerators (see Bryusgen G.S., Sychev V.V., Berdzhitsky E.L. et al. TsAGI - the main stages of scientific activity 1968-1993, p. 396 ) taken as a prototype. ADT contains a sequentially located electric arc heater, a metering device, a primary supersonic nozzle, an MHD accelerator, a secondary nozzle, a working part, and ejectors. In a hypersonic ADT, the pressure distribution over the surface of the models, the magnitude of the deviation and the shape of the shock wave, the parameters in the prechamber of the setup p 0 and T 0 of the total and static pressures in the flow at the location of the models, the braking enthalpy, and the degree of possible deviation from the thermodynamic equilibrium of the gas state at exit from the nozzle.

Собственное свечение газа фиксируемся через интерференционные светофильтры. Для определения положения ударной волны в условиях сильного собственного свечения газа используется теневая установка, основанная на использовании эффекта аномальной дисперсии.The intrinsic luminescence of the gas is fixed through interference filters. To determine the position of the shock wave under conditions of strong intrinsic luminescence of the gas, a shadow installation is used, based on the use of the anomalous dispersion effect.

Однако данная установка не позволяет создавать модель обтекания тел в возбужденной газовой среде - не учитывает свойство реальных физических систем, имеющих внутренние степени свободы, определять резонансные частоты поглощенияHowever, this setup does not allow creating a model of the flow around bodies in an excited gaseous medium - it does not take into account the property of real physical systems having internal degrees of freedom and determining resonance absorption frequencies

Цель разработки полезной модели - построение системы гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики для исследования термодинамического состояния газа в потоке, среды, имеющей внутренние степени свободы, и исследования картины обтекания моделей с учетом резонансных свойств системы.The purpose of developing a useful model is to build a system of hypersonic aerodynamics and radiation plasma dynamics to study the thermodynamic state of a gas in a stream, a medium with internal degrees of freedom, and to study the pattern flow around models taking into account the resonant properties of the system.

Для решения указанной цели в газодинамическую установку, включающую гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитно-гидродинамический (МГД) ускоритель Фарадея с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочую часть АДТ с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло, многоступенчатую систему эжекторов, датчики давления и температуры, соединенные с первым входом ЭВМ, аппаратуру скоростной киносъемки, спектограф, в ее состав введен лазер на свободных электронах, включающий линейный индукционный ускоритель электронов, инжектор электронов, электромагнитный ондулятор, управляющая катушка которого через преобразователь соединена со вторым входом ЭВМ, а третий вход ЭВМ через преобразователь соединен с управляющими обмотками МГД-ускорителя Фарадея.To solve this problem, in a gas-dynamic installation, including a hypersonic wind tunnel (ADT), in which a high-pressure balloon is located, a throttle, an electric arc heater, a metering device, a primary supersonic nozzle, a magneto-hydrodynamic (MHD) Faraday accelerator with control windings are sequentially located , secondary nozzle, ADT working part with the investigated model and holder, output nozzle, multistage system of ejectors, pressure and temperature sensors connected the first computer input, high-speed filming equipment, spectrograph, a free-electron laser is introduced into it, including a linear induction electron accelerator, electron injector, electromagnetic undulator, the control coil of which is connected through the converter to the second input of the computer, and the third input of the computer through the converter is connected to control windings of the Faraday MHD accelerator.

Для пояснения сущности полезной модели на фиг.1 приведена функциональная схема газодинамической установки, где изображены:To clarify the essence of the utility model, figure 1 shows a functional diagram of a gas-dynamic installation, which shows:

1 - баллон с высоким давлением;1 - cylinder with high pressure;

2 - регулирующий дроссель;2 - regulating throttle;

3 - электродуговой подогреватель;3 - electric arc heater;

4 - дозирующее устройство;4 - dosing device;

5 - первичное сверхзвуковое сопло;5 - primary supersonic nozzle;

6 - магнитно-гидродинамический МГД-ускоритель Фарадея;6 - magneto-hydrodynamic MHD accelerator Faraday;

7 - вторичное сопло;7 - secondary nozzle;

8 - лазер перестраиваемой частоты;8 - tunable frequency laser;

9 - рабочая часть аэродинамической трубы;9 - the working part of the wind tunnel;

10 - державка;10 - holder;

11 - модель;11 - model;

12 - сопло;12 - nozzle;

13 - многоступенчатая система эжекторов;13 - multi-stage system of ejectors;

14 - аппаратура скоростной киносъемки;14 - equipment for high-speed filming;

15 - спектограф;15 - spectrograph;

16 - датчики температуры и давления;16 - temperature and pressure sensors;

17 - блок изменения электромагнитных полей (частоты) ондулятора;17 - unit changes the electromagnetic fields (frequency) of the undulator;

18 - преобразователи температуры и давления потока;18 - transducers of temperature and pressure of the stream;

19 - блок изменения электромагнитных полей;19 - block changes in electromagnetic fields;

20 - ЭВМ;20 - computers;

21 - лазер на свободных электронах;21 - free electron laser;

22 - линейный ускоритель электронов;22 - linear electron accelerator;

23 - сердечник индуктора;23 - inductor core;

24 - возбуждающие обмотки;24 - exciting windings;

25 - фокусирующие катушки;25 - focusing coils;

26 - ондулятор;26 - undulator;

27 - инжектор электронов.27 - electron injector.

Газодинамическая установка (ГУ) включает гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон (1) с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель (2), электродуговой подогреватель (3), дозирующее устройство (4), первичное сверхзвуковое сопло (5), магнитно-гидродинамический ускоритель Фарадея (6) с управляющими обмотками, вторичное сопло (7), рабочая часть АДТ (9) с исследуемой моделью (11) и державкой (10), выходное сопло (12), многоступенчатая система эжекторов (13), датчики давления и температуры (16), которые соединены через преобразователи с первым входом ЭВМ (20).The gas-dynamic installation (GU) includes a hypersonic wind tunnel (ADT), in which a cylinder (1) with a high air pressure, a regulating throttle (2), an electric arc heater (3), a metering device (4), a primary supersonic nozzle (5) are sequentially located , a Faraday magneto-hydrodynamic accelerator (6) with control windings, a secondary nozzle (7), an ADT working part (9) with the model under study (11) and a holder (10), an output nozzle (12), a multi-stage ejector system (13), pressure and temperature sensors (16) that connect They are transmitted through converters with the first computer input (20).

В составе АДТ установлены аппаратура (14) скоростной киносъемки и спектрограф (15). В состав ГУ введен лазер (21) на свободных электронах, который включает линейный индукционный ускоритель с инжектором (27) электронов, электромагнитным ондулятором (26), управляющая катушка которого соединена через преобразователь электромагнитных полей - блок изменения частоты (17) - со вторым входом ЭВМ (20); третий вход ЭВМ (20) соединен через преобразователь электромагнитных полей (19) с управляющими обмотками МГД-ускорителя (6).As part of the ADT, equipment (14) for high-speed filming and a spectrograph (15) were installed. The structure of the GU includes a free-electron laser (21), which includes a linear induction accelerator with an electron injector (27), an electromagnetic undulator (26), the control coil of which is connected through an electromagnetic field converter - a frequency change unit (17) - to the second computer input (20); the third input of the computer (20) is connected via an electromagnetic field converter (19) to the control windings of the MHD accelerator (6).

Газодинамическая установка работает следующим образом. Моделирование гиперзвукового полета требует воспроизведения в АДТ давлений торможения от долей до сотен МПА и температур торможения до 104К. При гиперзвуковых числах Маха интенсивно растут потери полного давления при торможении потока и, соответственно, потребные перепады давления в АДТ. При числах М>4,5 воздух в АДТ необходимо нагревать для предотвращения его конденсации. Так, при М=10 нагревать до 103К, при М=20 до (2,5-2,8)·103К. Максимальное давление в АДТ с дуговым подогревателем (3) равно 18-20 мПа, что позволяет моделировать полет гиперзвуковых летательных Gas-dynamic installation operates as follows. Simulation of hypersonic flight requires reproduction of braking pressures from fractions of up to hundreds of MPA and braking temperatures of up to 10 4 K. In the case of hypersonic Mach numbers, the total pressure loss during flow braking and the corresponding pressure drops in the motor transformer are intensively increased. At numbers M> 4.5, the air in the ADT must be heated to prevent its condensation. So, at M = 10, heat up to 10 3 K, at M = 20, up to (2.5-2.8) · 10 3 K. The maximum pressure in an air heater with an arc heater (3) is 18-20 MPa, which allows modeling hypersonic flight

аппаратов (ЛА) только на небольших высотах. Большой перепад давлений, необходимый для гиперзвуковых АДТ, обеспечивается системой эжекторов (13).devices (LA) only at low altitudes. The large pressure drop required for hypersonic ADTs is provided by a system of ejectors (13).

Область интенсивной конденсации (фазового перехода газ - жидкость), возникающая в ускоряющемся потоке газа, параметры термодинамического состояния которого перешли через кривую фазового равновесия, характеризуется скачком конденсации (СК). СК является следствием запаздывания конденсации из-за недостаточного количества центров конденсации в объеме газа, поэтому АДТ оборудуется установкой для осушения воздуха. В гиперзвуковой АДТ с гиперзвуковыми потоками конденсация основных компонентов воздуха устраняется установкой подогревателя (3) рабочего газа. Газодинамическое проявление СК зависит от скорости расширения потока и теплофизических параметров среды. В гиперзвуковом потоке однокомпонентного газа СК проявляется в изменении градиентов давления, плотности и скорости.The region of intense condensation (gas-liquid phase transition) arising in an accelerating gas flow, the parameters of the thermodynamic state of which passed through the phase equilibrium curve, is characterized by a condensation jump (SC). SC is a consequence of the delay of condensation due to the insufficient number of condensation centers in the gas volume; therefore, ADT is equipped with a unit for air drying. In a hypersonic ADT with hypersonic flows, condensation of the main air components is eliminated by installing a working gas heater (3). The gas-dynamic manifestation of SC depends on the rate of expansion of the flow and the thermophysical parameters of the medium. In a hypersonic flow of a single-component gas, SC manifests itself in a change in the pressure, density, and velocity gradients.

При значительных колебаниях тока и напряжения разряда в нагревателе, связанных с неустойчивостью его токопроводящего канала (3), обеспечивается невысокое качество нагреваемого потока. Поэтому принципиальным моментом становится требование о стабилизации разряда. Это обеспечение равномерности движения токопроводящего канала в кольцевом зазоре, определенности формы разряда и его положения в осевом направлении. В этом случае для стабилизации разряда применяется внешнее магнитное поле со специальной топологией. Эффект обеспечивается электромагнитными силами, действие которых распространяется на каждый элемент плазмы разряда.With significant fluctuations in the current and discharge voltage in the heater associated with the instability of its conductive channel (3), a low quality of the heated flow is ensured. Therefore, the principle of discharge stabilization becomes a fundamental point. This ensures uniformity of movement of the conductive channel in the annular gap, certainty of the shape of the discharge and its position in the axial direction. In this case, an external magnetic field with a special topology is used to stabilize the discharge. The effect is provided by electromagnetic forces, the effect of which extends to each element of the discharge plasma.

В токопроводящем канале в зазоре между коаксиальными электродами во внешнем осесимметричном магнитном поле радиальная составляющая магнитной индукции изменяется вдоль оси электродов. Под действием осевой составляющей магнитной индукции (Вх) канал разряда между электродами будет вращаться между электродами относительно продольной оси. Но взаимодействие разряда с Вх не может привести к появлению осевых сил, действующих на него. Поэтому с точки зрения стабилизации положения разряда Вх должен быть связан с радиальной составляющей магнитной индукции Вг.In the conductive channel in the gap between the coaxial electrodes in an external axisymmetric magnetic field, the radial component of the magnetic induction changes along the axis of the electrodes. Under the action of the axial component of magnetic induction (Bx), the discharge channel between the electrodes will rotate between the electrodes relative to the longitudinal axis. But the interaction of the discharge with Bx cannot lead to the appearance of axial forces acting on it. Therefore, from the point of view of stabilization of the position of the discharge, Bx must be associated with the radial component of the magnetic induction Br.

Лазер на свободных электронах (21) включает линейный ускоритель (22), инжектор электронов (27), электромагнитный ондулятор (26).A free electron laser (21) includes a linear accelerator (22), an electron injector (27), and an electromagnetic undulator (26).

В линейной индукционном ускорителе (22) ускорение частиц происходит в электрических полях, возникающих при изменении магнитной индукции. В линейном индукционном ускорителе (22) силовые линии электрического поля (с напряженностью Е) направлены вдоль оси ускорителя. Электрическое поле индуцируется изменяющимся во времени магнитным потоком, проходящим через расположенные друг за другом кольцевые ферритовые индукторы (23). Магнитный поток возбуждается в них короткими (десятки или сотни НС) импульсами тока, пропускаемыми через одновитковые обмотки (24), охватывающие индукторы. Фокусировка производится продольным магнитным полем, которое создается катушками (25), расположенными внутри индукторов. Линейный индукционный ускоритель позволяет получать в импульсе килоамперные токи при тока 10 кА, длительность бокового импульса 50 НС.In a linear induction accelerator (22), particle acceleration occurs in electric fields arising from a change in magnetic induction. In a linear induction accelerator (22), electric field lines (with intensity E) are directed along the axis of the accelerator. An electric field is induced by a time-varying magnetic flux passing through successive ring ferrite inductors (23). The magnetic flux is excited in them by short (tens or hundreds of NS) current pulses transmitted through single-turn windings (24), covering the inductors. Focusing is performed by a longitudinal magnetic field, which is created by coils (25) located inside the inductors. A linear induction accelerator makes it possible to obtain kiloampere currents in a pulse at a current of 10 kA, and a side pulse duration of 50 NS.

В ускорителе увеличение энергии заряженных частиц происходит под действием внешних продольных (направленных вдоль скорости ускоряемых частиц) электрических полей. Ускоритель включает источник (27) ускоряемых частиц, генератор электрических или электромагнитных ускоряющих полей, вакуумную камеру, в которой движутся частицы в процессе ускорения, устройство впуска - инжекции и выпуска (эжекции) пучка из ускорителя, фокусирующее устройство; обеспечивающее длительное устройство для коррекции положения; конфигурации ускоряемых пучков. Воздействие локального подвода энергии на структуру сверхзвукового потока и режимы обтекания моделей существенно изменяет In an accelerator, an increase in the energy of charged particles occurs under the influence of external longitudinal (directed along the velocity of the accelerated particles) electric fields. The accelerator includes a source (27) of accelerated particles, an electric or electromagnetic accelerating field generator, a vacuum chamber in which particles move during acceleration, an inlet-injection and beam ejection device from the accelerator, a focusing device; providing a durable device for position correction; accelerated beam configurations. The effect of local energy supply on the structure of a supersonic flow and the flow regimes of models substantially changes

газодинамическую структуру течений и режимы сверхзвукового обтекания в зависимости от мощности, размеров и местоположения области выделения энергии перед обтекаемым телом. Условия и режимы энерговыделения в заданной области потока осуществляется в газодинамической установке при помощи энергии излучения (22). Используется лазерный дистанционный способ ввода энергии в сверхзвуковой поток. Распространение интенсивных лазерных лучей в поглощаемом потоке газа приводит к образованию нагретых локальных областей. Параметры среды в области эффективного поглощения излучения зависят от области спектра, рабочих режимов (импульсный, непрерывный) источника излучений, а также способа подвода (тонкий протяженный луч, короткая или длинная фокусировка) энергии. При превышении пороговых значений интенсивности излучения происходит оптический пробой с образованием локализованной плазмы в потоке газа. Свойства нагретых областей и плазмы влияют, в свою очередь, на распространение и поглощение излучения и на динамику формирования энергоисточника модели ЛА. Диссипативные процессы приводят к охлаждению (рекомбинации) плазмы и деструкции плазменного энергоисточника через некоторое время после ввода в поток импульса энергии.gas-dynamic structure of flows and supersonic flow regimes depending on the power, size and location of the energy release region in front of the streamlined body. The conditions and modes of energy release in a given region of the flow are carried out in a gas-dynamic setup using radiation energy (22). A laser remote method of introducing energy into a supersonic flow is used. The propagation of intense laser beams in the absorbed gas stream leads to the formation of heated local regions. The environmental parameters in the field of effective radiation absorption depend on the spectral region, the operating modes (pulsed, continuous) of the radiation source, as well as the method of supplying (thin extended beam, short or long focusing) energy. When threshold values of radiation intensity are exceeded, an optical breakdown occurs with the formation of a localized plasma in the gas stream. The properties of heated regions and plasma affect, in turn, the propagation and absorption of radiation and the dynamics of the formation of the energy source of the aircraft model. Dissipative processes lead to cooling (recombination) of the plasma and destruction of the plasma energy source some time after the energy pulse is introduced into the stream.

Основные закономерности и взаимосвязь газодинамических процессов и механизмов поглощения энергии излучения, определяющих тепловое самовоздействие лазерного луча в потоке, «световое горение» образование лазерной искры высокоскоростных режимов - лазерной волны детонации распространения оптических разрядов. В гиперзвуковых потоках газа в зависимости от условий фокусировки и при интенсивности излучения выше порога пробоя может формироваться локализованная лазерная плазма только в импульсных режимах лазерной искры или светодетонационной волны. При «острой» фокусировке со значительной протяженностью плазмы пробоя формируется распространяющаяся с гиперзвуковой скоростью светодетонационная волна, за фронтом которой в узкой зоне происходит поглощение излучения.The main laws and interrelations of gas-dynamic processes and radiation energy absorption mechanisms that determine the thermal self-action of a laser beam in a stream, “light burning”, the formation of a high-speed laser spark — a laser wave of detonation of the propagation of optical discharges. In hypersonic gas flows, depending on the focusing conditions and when the radiation intensity is above the breakdown threshold, a localized laser plasma can form only in pulsed modes of a laser spark or light-detonation wave. During “sharp” focusing with a significant length of the breakdown plasma, a light-detonation wave propagating with hypersonic speed is formed, behind which a radiation absorption occurs in a narrow zone.

Однако при уменьшении интенсивности излучения или наличии причин, резко ее уменьшающих вблизи области фокусировки, светодетонационная волна не формируется. В этом случае динамика лазерной плазмы соответствует режиму лазерной искры, при котором изменение параметров определяется радиальным размером плазмы. В случае короткой длительности лазерного импульса выполняется условие «мгновенного» выделения энергии. Поэтому для сферической и цилиндрической лазерной искры газодинамическая структура соответствует модели точечного взрыва.However, when the radiation intensity decreases or there are reasons that sharply decrease it near the focusing region, a light-detonation wave is not formed. In this case, the dynamics of the laser plasma corresponds to the regime of the laser spark, in which the change in parameters is determined by the radial size of the plasma. In the case of a short laser pulse duration, the condition of “instantaneous” energy release is fulfilled. Therefore, for a spherical and cylindrical laser spark, the gas-dynamic structure corresponds to the model of point explosion.

Квазистационарный режим энергоподвода излучения в сверхзвуковой поток реализуется при применении излучения лазера (21). Внешний энергоподвод оказывается эффективным при определении коэффициентов сопротивления геометрии тел Сх, стабилизации пограничного слоя, интенсификации горения в гиперзвуковом потоке и др., осуществляется «тепловая коррекция» - путем создания нагретых областей для управления потоками. Исследование резонансных свойств процессов взаимодействия потоков АДТ и подвода энергии к модели ЛА реализуется путем изменения скорости плазменной частоты излучения лазера на свободных электронах (21) Это выполняется с помощью ЭВМ (20), которая через преобразователи - блоки (17) и (19) применения частоты электромагнитных полей соединена с обмотками МГД-ускорителя (6) и обмотками ондулятора (26) лазера на свободных электронах. В ЭВМ (20) определяется соответствие скоростей потока плазмы и частоты излучения лазера в соответствии с сигналами датчиков параметров потока (16), поступающих через преобразователи (18).The quasistationary regime of energy supply of radiation to a supersonic flow is realized by using laser radiation (21). External energy supply is effective in determining the drag coefficients of the geometry of bodies C x , stabilization of the boundary layer, intensification of combustion in a hypersonic flow, etc., “thermal correction” is carried out - by creating heated areas for controlling flows. The investigation of the resonance properties of the processes of the interaction of ADT flows and energy supply to the aircraft model is carried out by changing the speed of the plasma frequency of the free-electron laser radiation (21) This is done using a computer (20), which uses frequency converters (17) and (19) through the converters electromagnetic fields is connected to the windings of the MHD accelerator (6) and the windings of the undulator (26) of a free electron laser. In a computer (20), the correspondence of the plasma flow rates and the laser radiation frequency is determined in accordance with the signals of the flow parameters sensors (16), coming through the transducers (18).

Процессы, идущие в экстремально сильных световых полях, относятся к типу квазирезонансных, а поляризационные свойства рассеянного излучения оказываются аномальными. Атомные ядра проявляют себя в процессе взаимодействия со световыми The processes occurring in extremely strong light fields are of the quasi-resonant type, and the polarization properties of the scattered radiation are anomalous. Atomic nuclei manifest themselves in the process of interaction with light

пучками интенсивностью 1020 Вт/см2 и более. В процессе возможно появление комбинационного рассеяния излучения видимого диапазона на переходах между состояниями составного ядра. Эффекты взаимодействия сверхсильных оптических полей проявляются на фоне эффектов квазистационарного рассеяния света: в сильно возбужденной газовой среде всегда присутствуют электроны плазмы и ионы с заселенными возбужденными состояниями.beams of intensity 10 20 W / cm 2 or more. In the process, the appearance of Raman scattering of visible radiation at transitions between the states of a compound nucleus is possible. The effects of the interaction of superstrong optical fields are manifested against the background of the effects of quasi-stationary light scattering: plasma electrons and ions with populated excited states are always present in a highly excited gas medium.

В АДТ с электродуговыми подогревателями газа при температурах торможения Т0≥200К газ в этих трубах интенсивно светится как в потоке, набегающем на модель, так и за ударной волной перед моделью.In ADTs with electric arc gas heaters at braking temperatures T 0 ≥200 K, the gas in these pipes glows intensively both in the stream running onto the model and behind the shock wave in front of the model.

Для визуализации газодинамических течений использованы оптические методы визуализации, основанные на явлении отклонения света при прохождении его через неоднородности плотной прозрачной среды и интерферометрии для количественных исследований плотности прозрачной среды. При иитерферометрической регистрации поля течения картина распределения полос интенсивности света отражает пространственное распределение показателя преломления среды. Интерференционная картина представляет собой систему полос, расстояние между максимумами которых при заданной длине волны определяется углом схождения интерференционных волн. В ГУ использован интерференционный метод аномальной дисперсии - Крюков-Рождественского, где установлены «скрещенные» спектральные аппараты - интерферометр Жамена и спектограф. Для спектрометра (15) со скрещенными призмами вблизи полос поглощения вещества наблюдается уменьшение показателя преломления в зависимости от частоты. При взаимодействии мощного излучения с веществом нарушается основное допущение теории дисперсии о пропорциональности поляризации действующему полю; возникает добавка к показателю преломления, пропорциональная интенсивности света, приводящая к самовоздействию световых импульсов и пучков. Наблюдается насыщение поглощения.To visualize gas-dynamic flows, optical visualization methods are used, based on the phenomenon of light deflection when it passes through inhomogeneities of a dense transparent medium and interferometry for quantitative studies of the density of a transparent medium. With hitherferometric registration of the flow field, the pattern of the distribution of light intensity bands reflects the spatial distribution of the refractive index of the medium. The interference pattern is a system of bands, the distance between the maxima of which at a given wavelength is determined by the angle of convergence of the interference waves. The GU used the interference method of anomalous dispersion — Kryukov-Rozhdestvensky, where “crossed” spectral devices — a Jamen interferometer and a spectrograph — were installed. For a spectrometer (15) with crossed prisms near the absorption bands of a substance, a decrease in the refractive index as a function of frequency is observed. In the interaction of high-power radiation with matter, the basic assumption of the theory of dispersion on the proportionality of polarization to the acting field is violated; an addition to the refractive index arises, proportional to the light intensity, leading to the self-action of light pulses and beams. Saturation of absorption is observed.

Для измерения скорости потока в АДТ используются газодинамические методы. С помощью устройства для прямого измерения скорости, основанные на эффекте Доплера. Для этого в потоке с помощью перестраиваемого лазера (8) возбуждаются резонансные линии атомов с помощью интерферометра.Gas dynamic methods are used to measure the flow velocity in an ADT. Using a device for direct speed measurement based on the Doppler effect. For this, resonant lines of atoms are excited in a stream using a tunable laser (8) using an interferometer.

Используется датчик (16) теплового потока на основе монокристаллического висмута высокой частоты. Принцип действия датчика основан на поперечной эффекте Зеебека. Выходной сигнал (термоЭДС) линейно связан с тепловым потоком в поверхностном слое висмута, а вектор напряженности электрического поля нормален вектору падающего теплового потока.A heat flow sensor (16) based on high-frequency single-crystal bismuth is used. The principle of the sensor is based on the transverse Seebeck effect. The output signal (thermoEMF) is linearly connected with the heat flux in the surface layer of bismuth, and the electric field vector is normal to the incident heat flux vector.

Для определения природы свечения газа в невозмущенном потоке перед моделью проводятся спектроскопические исследования с помощью спектрографа (15) Спектр излучения газа из зоны за скачком уплотнения перед моделью отличается от спектра невозмущенного потока только интенсивностью, но не составом.To determine the nature of the gas glow in an unperturbed flow, spectroscopic studies are carried out in front of the model using a spectrograph (15) The spectrum of gas emission from the zone behind the shock wave in front of the model differs from the spectrum of the unperturbed flow only in intensity, but not in composition.

Положения фронта скачка уплотнения перед моделью с помощью теневой съемки с использованием в качестве источника света лазера позволяет уменьшить влияние на результат визуализации собственного свечения потока из зоны перед фронтом скачка уплотнения. В области за скачком уплотнения при обтекании затупленных тел температура и плотность газа резко возрастают, образуется источник мощного излучения, которое обеспечивает дополнительное резонансное возбужден не атомов и молекул вверх по потоку за пределы фронта скачка.The position of the front of the shock wave in front of the model using shadow shooting using a laser as a light source allows you to reduce the effect on the visualization result of the own glow of the stream from the zone in front of the shock wave front. In the region behind the shock wave, as the flow around blunt bodies increases, the temperature and density of the gas increase sharply, and a powerful radiation source is formed, which provides additional resonance excitation of non-atoms and molecules upstream beyond the shock front.

Claims (1)

Газодинамическая установка, содержащая гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство первичное сверхзвуковое сопло, магнитно-гидродинамический (МГД) ускоритель Фарадея с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочая часть АТД с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло, многоступенчатая система эжекторов, датчики давления и температуры, соединенные через преобразователь с входом ЭВМ, аппаратура скоростной киносъемки, спектрограф, отличающаяся тем, что в ее состав введен лазер на свободных электронах, содержащий линейный индукционный ускоритель электронов, инжектор электронов, электромагнитный ондулятор, управляющая катушка которого через преобразователь соединена с первым выходом ЭВМ, а второй выход ЭВМ через преобразователь соединен с управляющими обмотками МГД-ускорителя Фарадея.Gas-dynamic installation containing a hypersonic wind tunnel (ADT), in which a high-pressure balloon, a control throttle, an electric arc heater, a dosing device, a primary supersonic nozzle, a magneto-hydrodynamic (MHD) Faraday accelerator with control windings, a secondary nozzle, and a working part are arranged in series ADT with the investigated model and holder, output nozzle, multi-stage system of ejectors, pressure and temperature sensors connected via input to converter m computer, high-speed filming equipment, spectrograph, characterized in that it includes a free electron laser containing a linear induction electron accelerator, electron injector, electromagnetic undulator, the control coil of which is connected via a converter to the first output of the computer, and the second output of the computer through the converter is connected to the control windings of the Faraday MHD accelerator.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2005105221/22U 2005-02-28 2005-02-28 GAS-DYNAMIC INSTALLATION RU46356U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005105221/22U RU46356U1 (en) 2005-02-28 2005-02-28 GAS-DYNAMIC INSTALLATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005105221/22U RU46356U1 (en) 2005-02-28 2005-02-28 GAS-DYNAMIC INSTALLATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU46356U1 true RU46356U1 (en) 2005-06-27

Family

ID=35837185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005105221/22U RU46356U1 (en) 2005-02-28 2005-02-28 GAS-DYNAMIC INSTALLATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU46356U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107436219A (en) * 2017-08-02 2017-12-05 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 A kind of unconventional distribution form intake and exhaust pipeline device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107436219A (en) * 2017-08-02 2017-12-05 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 A kind of unconventional distribution form intake and exhaust pipeline device
CN107436219B (en) * 2017-08-02 2023-05-26 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Inlet and exhaust pipeline device in unconventional layout form

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leonov et al. Near-surface electrical discharge in supersonic airflow: properties and flow control
Adelgren et al. Control of Edney IV interaction by pulsed laser energy deposition
Knight et al. Survey of aerodynamic flow control at high speed using energy deposition
Kuzenov et al. Valuation of hydrodynamic instabilities in inertial confinement fusion target in a magnetic field
Hahn et al. On factors influencing arc filament plasma actuator performance in control of high speed jets
Kearney-Fischer et al. A study of Mach wave radiation using active control
Solomon et al. Design and characterization of high-bandwidth, resonance enhanced pulsed microactuators: a parametric study
RU51737U1 (en) GAS-DYNAMIC INSTALLATION
Semenov et al. Weakly ionized plasmas in aerospace applications
Meyer et al. Measurement of flow conductivity and density fluctuations in supersonic nonequilibrium magnetohydrodynamic flows
RU46356U1 (en) GAS-DYNAMIC INSTALLATION
Klimov Vortex plasmoids created by high-frequency discharges
RU71434U1 (en) GAS-DYNAMIC INSTALLATION
Hahn et al. Effects of ring groove and duty cycle on plasma actuator performance in high speed jets
RU81327U1 (en) GAS-DYNAMIC PULSE INSTALLATION (SMI)
Lowry et al. Ballistic range tests in weakly ionized argon
Shang et al. Experimental simulation of magneto-aerodynamic hypersonics
Ho Investigation of Beamed-Microwave Plasma Generation in Supersonic Flow
Leonov et al. Mixing actuation by unstable filamentary discharge
RU58706U1 (en) GAS-DYNAMIC INSTALLATION
Bobashev et al. Recent results on MHD flow control at Ioffe institute
RU69244U1 (en) GAS-DYNAMIC INSTALLATION
Fomin et al. Study of MHD-Interactions in Hypersonic Streams
Flores Govea et al. Development of a Tabletop Inductively Coupled Plasma Tunnel for Hypersonics and Magnetoaerodynamics
Vereen et al. Characterization of a cluster of high power helicon thrusters

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20060301