RU61878U1 - Газодинамическая установка - Google Patents

Abstract

Газодинамическая установка - полезная модель относится к области гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики и предназначена для изучения физических процессов генерации ударных волн и теплового широкополосного излучения в средах конечного давления. Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая модель, состоит в построении системы гиперзвуковой аэродинамики для исследования в свободномолекулярном потоке течения плазмы в неоднородных магнитных полях, взаимодействия ударных волн с токовыми пинчевыми слоями. Газодинамическая установка (ГУ) включает гиперзвуковую аэродинамическую трубу (ГАТ) и цифровую вычислительную машину (ЦВМ). В ГАТ последовательно расположены баллон с высоким давлением газа, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочая часть ГАТ с исследуемой моделью летательного аппарата (ЛА) и державкой, система электромагнитной подвески модели (СЭПМ) с силовыми и контрольными электрическими обмотками, установка визуализации неоднородностей потока с двумя лазерами, поляризаторами, полупрозрачными отражателями, блоком электромагнитного стимулирования прозрачности, выход которого оптически связан с картиной изображения, полупрозрачным отражателем, поляризатором, фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и регистратором изображения на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), выходное сопло, многоступенчатая система эжекторов. А ЦВМ соединена первым входом через блоки преобразования с ионными и магнитными зондами параметров плазмы, вторым входом - с управляющими обмотками МГД-ускорителя, третьим входом - с

контрольной обмоткой СЭПМ, четвертым - с регистратором ПЗС, пятым - с выходом ФЭУ. При этом в рабочую часть ГАТ введены взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) с блоком управления, электромагнитная квадрупольная система с противоположно запитанными током шинами и силовыми обмотками для создания нулевой магнитной линии и два сетчатых высоковольтных электрода, плоскости которых перпендикулярны потоку плазмы. Электроды расположены на расстоянии друг от друга со стороны набегающего потока перед моделью ЛА и соединены с выходными обмотками ВМГ, связанного через блок управления ВМГ с шестым входом ЦВМ.

Description

Полезная модель - газодинамическая установка относится к области гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики и предназначена для изучения физических процессов бесстолкновительных ударных волн и теплового широкополосного излучения в средах конечного давления.

Известна крупноразмерная гиперзвуковая аэродинамическая труба (АДТ) Т-117, (см. Г.С.Бюшгенс, Е.Л.Берджицкий, ЦАГИ - центр авиационной науки. M. «Наука», 1993 г.), позволяющая проводить исследования аэродинамических и тепловых характеристик моделей различных гиперзвуковых летательных аппаратов, при достаточно полном геометрическом подобии моделей и натуры. Аэродинамический контур трубы Т-117 включает электродуговой подогреватель, рабочую часть - круг ⌀ 1 м, теплообменник, вакуумную емкость, отсечные задвижки, эжекторы, сверхзвуковое сопло, сверхзвуковой диффузор.

Гиперзвуковая труба Т-117 труба периодического действия, использующая сжатый воздух высокого давления, аккумулированный в баллонах емкостью 10 м³ каждый.

Необходимая степень сжатия в трубе создается, с одной стороны, высоким давлением торможения в форкамере трубы и, с другой стороны, использованием четырехступенчатой системы эжекторов или вакуумной емкости объемом 3000 м³ с начальным разряжением до 0,01 мм рт.ст., создающих необходимое разряжение за одним из трех нерегулируемых диффузоров.

Продолжительность одного испытания при работе с системой эжекторов - до 3 мин., с вакуумной емкостью - 1,5 мин.

Труба имеет набор профильных осесимметричных сверхзвуковых сопл с выходным диаметром 1,0 м, рассчитанных на реализацию чисел М на выходе из сопла в диапазоне от 10 до 20. Диапазон чисел R_e от 0,15·10⁶ до 4,8·10⁶ (отнесено к 1 м).

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.

Рабочая часть трубы выполнена по схеме камеры Эйфеля с охлаждаемыми стенками и оборудована двумя быстродействующими механизмами ввода испытываемой модели в поток.

Труба оснащена быстродействующим измерительно-информационным комплексом в составе: тензометрических весов на разные случаи нагружения модели, датчиков давления и температуры, оптических средств визуализации потока, систем сбора и обработки информации с использованием средств вычислительной техники. Процесс эксперимента автоматизирован. Выходная информация выдается в виде таблиц и графиков. В гиперзвуковой аэродинамической трубе Т-117 могут проводиться следующие виды эксперимента:

- определение суммарных аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов и их элементов;

- определение распределения давления и тепловых потоков по поверхности моделей;

- визуализация картины обтекания с помощью интерферометра сдвига;

- физические исследования.

Однако, состав и возможности данной экспериментальной базы не отражает особенность гиперзвукового диапазона скоростей полета: разнообразие физических эффектов, невозможность полного

моделирования в наземных условиях всех необходимых характеристик свободномолекулярных течений газа, обнаружения бесстолкновительных ударных волн (БУВ).

Известен патент РФ №2162958 F02Л 11/00, 1999.03.26 «Способ ускорения потока рабочего тела в канале ракетного двигателя». Ускорение по данному способу осуществляется за счет действия электродинамической силы Лоренца в неоднородном газоплазменном потоке. Плазменные сгустки в потоке газа создаются с помощью эффекта токового слоя (Т-слоя), который возникает при искусственном провоцировании перегревной неустойчивости в канале с поперечным к потоку магнитным полем. С этой целью на входном участке канала магнитогидродинамического (МГД) ускорителя периодически включают импульсный сильноточный электрический разряд. Т-слои в установившемся состоянии являются устойчивыми токовыми слоями, действующими на газовый поток как плазменные поршни. МГД-процесс с Т-слоями сохраняет устойчивость при высокой массовой плотности потока.

Однако, данный способ не позволяет проводить исследования в свободно-молекулярном потоке течений плазмы в неоднородных магнитных полях, взаимодействия ударных волн с токовыми слоями.

Известен патент РФ №2152143 Н05Н 9/04, 1995.07.18 «Квадрупольная ускоряющая структура», содержащая корпус и электроды, имеющие внутренние полости и приосевой продольный профиль. Профиль выполнен по квазипериодическому закону и образует ускоряющее-фокусирующий канал, состоящий из ускоряющих ячеек. В полости электродов вложены и закреплены полюсные элементы, образующие квадрупольные магнитные линзы, так что на одну ускоряющую ячейку приходится не более одной магнитной линзы, геометрический продольный центр которой расположен на расчетном расстоянии за плоскостью квадрупольной симметрии ускоряющей ячейки по ходу ускоряемого пучка. Длина линзы равна длине ускоряющей ячейки. Линзы,

соответствующие соседним ускоряющим ячейкам, повернуты одна относительно другой на прямой угол для обеспечения противофазного воздействия на пучок.

Однако, данная структура не может обеспечить проведение исследований с воспроизведением магнитного пересоединения.

Известна АДТ с магнитогидродинамическим (МГД) ускорителем Фарадея (см. Г.С.Бюшгенс, В.В.Сычев, Е.Л.Берджицкий и др., ЦАГИ - основные этапы научной деятельности 1968-1993 г, 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, величины помех и статических давлений в потоке в месте расположения моделей, энтальнии торможения и степени возможного отклонения от термодинамического равновесия состояния газа на выходе из сопла.

Собственное свечение газа фиксируется через интерференционные светофильтры. Для определения положения ударной волны в условиях сильного собственного свечения газа используется теневая установка, основанная на использовании эффекта аномальной дисперсии.

Однако, данная установка не позволяет создавать физическую модель обтекания в неравновесной разряженной газовой среде при кумуляции магнитной энергии вблизи нулевых линий магнитного поля, явлений типа вспышки и диссипации магнитной энергии в высокопроводящей плазме.

Кумуляция магнитной энергии вблизи нулевых линий магнитного поля происходит в процессе магнитного перезамыкания и образования магнитных островов. К таким явлениям вспышечного типа относятся процессы неустойчивости срыва в магнитных ловушках. В этих процессах наблюдается быстрая диссипация магнитной энергии в высокопроводящей

плазме, что связывают со значительными изменениями структуры магнитного поля - магнитным пересоединением. Магнитное пересоединение возникает в тех областях, где тесно сближаются магнитные силовые линии с различающимися направлениями; такие области характеризуются высокой плотностью электрического тока. Процесс пересоединения магнитных силовых линий приводит к изменению топологии магнитного поля, при этом нарушается одно из основных фундаментальных свойств высокопроводящей плазмы - свойство вмороженности магнитного поля в вещество, так что происходит диффузия магнитных силовых линий относительно вещества. Наряду с фронтами ударных волн областями интенсивного энерговыделения являются токовые пинчевые силы, которые разделяют магнитное поле противоположных направлений и которые естественным образом возникают при неоднородных течениях высокопроводящей замагниченной плазмы.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в построении системы гиперзвуковой аэродинамики для исследования в свободномолекулярном потоке течения плазмы в неоднородных магнитных полях, взаимодействия ударных волн с токовыми пинчевыми слоями.

Существенные признаки.

Для решения указанного технического результата в газодинамическую установку (ГУ), включающую гиперзвуковую аэродинамическую трубу (ГАТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением газа, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочая часть ГАТ с исследуемой моделью летательного аппарата (ЛА) и державкой, система электромагнитной подвески модели (СЭПМ) с силовыми и контрольными электрическими обмотками, установка визуализации бесстолкновительных

ударных волн, включающая параллельно расположенные два лазера, пучок от одного из которых пересекает рабочую часть ГАТ с установленными поляризаторами, полупрозрачный отражатель, блок электромагнитного стимулирования прозрачности, выход которого оптически связан с картиной изображения, полупрозрачным отражателем, поляризатором, фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и регистратором изображения на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), выходное сопло, многоступенчатая система эжекторов, а также цифровую вычислительную машину (ЦВМ), соединенную первым входом через блоки преобразования с ионными и магнитными зондами параметров плазмы, вторым входом - с управляющими обмотками МГД-ускорителя, третьим входом - с контрольной обмоткой СЭПМ, четвертым - с регистратором ПЗС, пятым - с выходом ФЭУ, в рабочую часть ГАТ введены взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) с блоком управления, электромагнитная квадрупольная система с противоположно запитанными током шинами и силовыми обмотками для создания нулевой магнитной линии и два сетчатых высоковольтных электрода, плоскости которых перпендикулярны потоку плазмы, расположенных на расстоянии друг от друга перед моделью ЛА и соединенных с выходными обмотками ВМГ, связанного через блок управления ВМГ с шестым входом ЦВМ.

Перечень фигур на чертежах.

Для пояснения сущности полезной модели на фиг.1 приведена функциональная схема газодинамической установки, где изображены:

1 - баллон с высоким давлением;

2 - регулирующий дроссель;

3 - электродуговой подогреватель;

4 - дозирующее устройство;

5 - первичное сверхзвуковое сопло;

6 - магнитогидродинамический МГД-ускоритель Фарадея с управляющими обмотками - 7;

8 - вторичное сопло;

9 - рабочая часть гиперзвуковой аэродинамической трубы (ГАТ);

10 - державка;

11 - модель летательного аппарата (ЛА);

12 - выходное сопло;

13 - многоступенчатая система эжекторов;

14 - лазер;

15, 30 - линейный поляризатор;

16 - ионные зонды;

17 - преобразователь сигналов фотоэлектронного умножителя;

18 - преобразователи датчиков и параметров потока - ионных зондов;

19 - преобразовательный блок измерения электромагнитных полей;

20 - цифровая вычислительная машина (ЦВМ);

21 - силовые обмотки системы электромагнитной подвески модели (СЭПМ);

22 - контрольная измерительная обмотка СЭПМ;

23 - преобразователь сигналов измерительной обмотки СЭПМ;

24 - источник электропитания СЭПМ;

25 - блок электромагнитного стимулирования прозрачности (ЭСП);

26 - электропитание блока ЭСП;

27, 28 - оптические окна в рабочей части ГУ;

29, 34 - полупрозрачный отражатель;

31 - лазер;

32, 36 - линза;

33 - картина изображения;

35 - регистратор изображения - прибор с зарядовой связью (ПЗС);

37 - поляризатор (линейный анализатор);

38 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);

39 - взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ);

40 - блок управления ВМГ;

41, 42 - сетчатые высоковольтные электроды;

43 - слой токовой плазмы;

44 - электрические проводники (шины) с противоположными направлениями токов;

45 - магнитный зонд.

На фиг.2 изображена схема (разрез) установки создания токового слоя.

На фиг.3 приведена принципиальная схема взрывного магнитогидродинамического генератора с перехватом магнитного потока.

Газодинамическая установка (ГУ) включает гиперзвуковую аэродинамическую трубу (ГАТ), в которой последовательно расположены баллон 1 с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель 2, электродуговой подогреватель 3, дозирующее устройство 4, первичное сверхзвуковое сопло 5, магнитогидродинамический ускоритель Фарадея 6 с управляющими обмотками 7, вторичное сопло 8, рабочую часть ГАТ 9 с исследуемой моделью 11 и державкой 10, выходное сопло 12, многоступенчатую систему эжекторов 13, ионные 16 и магнитные 45 зонды параметров плазмы, которые соединены через преобразователи 18 с первым входом ЦВМ 20.

Второй вход ЦВМ 20 через преобразовательный блок измерения электромагнитных полей 19 соединен с управляющими обмотками 7 МГД-ускорителя 6. В рабочей части ГАТ введена система магнитной подвески модели (СЭПМ) с силовыми электрическими обмотками 21, связанными с источником электропитания 24. Снятие координат местоположения модели 11 в ГАТ происходит с помощью контрольных электрических обмоток 22 для измерения силы наведенного тока.

Установка визуализации бесстолкновительных ударных волн включает параллельно расположенные лазеры 14 и 31 (пробный и связной пучки), пробный пучок лазера 14 через оптические окна 27, 28 пересекают рабочую часть 9 ГАТ. Пучки лазеров 14 и 31 проходят через линейные поляризаторы 15 и 30, проходят полупрозрачный отражатель 29 и

попадают в блок 25 электромагнитного стимулирования прозрачности (ЭСП). Электропитание 26 осуществляет глубокий вакуум и криогенный режим работы блока 25. Выходной пучок блока ЭСП 25 оптически через линзу 32 связан с картиной изображения 33 и далее подается через полупрозрачный отражатель 34 на регистратор 35 изображения - прибор с зарядовой связью (ПЗС). Другой пучок с отражателя 34 подается через линзу 36 и поляризатор (линейный анализатор) 37 на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 38.

Третий вход ЦВМ 20 связан с контрольной обмоткой 22 СЭПМ, четвертый вход - с регистратором ПЗС 35, пятый - с выходом ФЭУ 38.

В рабочей части ГАТ 9 установлены взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) 39 с блоком управления 40, электромагнитная квадрупольная система с противоположно запитанными током шинами 44 и силовыми обмотками 21 для создания нулевой магнитной линии и два сетчатых высоковольтных электрода 41 и 42, плоскость которых перпендикулярна потоку плазмы. Электроды 41, 42 расположены на расстоянии l друг от друга со стороны набегающего потока перед моделью 11, соединены с выходными обмотками взрывного магнитогидродинамического генератора 39, связанного через блок управления ВМГ 40 с шестым входом ЦВМ 20.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.

В программах работ по исследованию гиперзвуковых летательных аппаратов, проводимых предприятием, предполагается использование элементов конструктивной части ГУ данной полезной модели.

Гидродинамическая установка работает следующим образом.

Моделирование гиперзвукового полета требует воспроизведения в ГАТ давлений торможения от долей до сотен МПа и температур торможения до 10⁴ К. При гиперзвуковых числах Маха интенсивно растут потери полного давления при торможении потока и соответственно потребные перепады давления в ГАТ. При числах Маха >4,5 воздух в ГАТ

необходимо нагревать для предотвращения его конденсации, так при М=10 нагревать до 10³ К при М=20 до (2,5÷2,8)·10³ К. Максимальное давление в ГАТ с дуговым подогревателем 3 составляет ~20 МПа, что позволяет моделировать полет гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) только на больших высотах. Большой перепад давлений обеспечивается системой эжекторов 13. В ГАТ с гиперзвуковыми потоками конденсация основных компонентов воздуха устраняется установкой электродугового подогревателя 3 рабочего газа, в котором для стабилизации разряда применяется внешнее магнитное поле.

Взаимодействие потоков в ГАТ реализуется путем изменения скорости плазменного потока в МГД-ускорителе 6. Этим процессом управляет ЦВМ 20, которая через преобразовательный блок 19 соединена с электрическими обмотками 7 МГД-ускорителя 6, а через блок 17 связана с ионными зондами 16. Ионный зонд 16 используется для определения концентрации и температуры электронов путем измерения силы тока, идущего на электрод, погруженный в плазму при различных подаваемых на него напряжениях. Конструктивно ионный зонд выполнен в виде отдельных датчиков или гребенок для измерения профиля концентрации ионов. Измерение значений магнитного поля осуществляется с помощью магнитных зондов 45, расположенных по поверхности рабочей камеры 9 ГАТ.

В основе разнообразных плазменных явлений вспышечного типа лежит процесс пересоединения магнитных силовых линий в высокопроводящей плазме. Процесс происходит в тех областях, где тесно сближаются магнитные силовые линии с различающимися (в пределе с противоположными) направлениями, т.е. в областях с высокой плотностью электрического тока. Во внешних неоднородных магнитных полях сближение противоположно направленных силовых линий, концентрация электрического тока и процессы магнитного пересоединения возможны в окрестности особых силовых линий - нулевых линий магнитного поля силовых обмоток 21. Необходимо некоторое возмущение начального

равновесного состояния, которое инициирует магнитогидродинамические течения плазмы и приводят к возбуждению электротока. При этом применялись три раздельные независимые подсистемы: для создания квазистационарного магнитного поля с нулевой линией силовых обмоток 21; для образования плазмы в поле сетчатых высоковольтных электродов 41-42; для возбуждения электрического тока и течения плазмы, приводящих к формированию токовых слоев 43.

Двумерное магнитное поле с нулевой линией (х=0, y=0) создается с помощью системы полярных проводников, показанных на фиг.2, градиент магнитного поля изменяется в пределах h=0,4÷2,5 кГс см^-1. Нулевая линия совмещается с осью рабочей части вакуумной рабочей камеры 9. Плазма создается открытием потока нейтрального газа (гелия или аргона), начальная концентрация электронов N_e ⁰=10¹⁴-10¹⁵ см^-3. Электрический ток в плазме, направленный вдоль нулевой линии магнитного поля, возбуждается при включении импульсного напряжения между двумя электродами 41, 42, введенными в камеру на расстоянии l между ними, плоскости которых перпендикулярны потоку плазмы (l≅60 см). Электрическое поле достигает своего максимального значения Е=200-300 В см^-1 к моменту 0,25 мкс после переходного процесса в цепи. Максимальное значение тока 30÷60 КА достигается к моменту t_m=1,4 мкс.

При течении плазмы в неоднородном магнитном поле, содержащем нулевую линию с учетом сжимаемости вещества, возникают кумулятивные свойства такого рода течений, т.е. увеличивается в окрестности нулевой линии плотность магнитной энергии, которая аккумулируется в виде специфических конфигураций плазмы и магнитного поля - токового слоя 43. Это процесс вспышечного типа: накопление магнитной энергии путем формирования метастабильного протяженного плоского токового слоя, а затем быстрое высвобождение энергии и трансформация ее в другие виды при взрывном разрушении

слоя. Во временной эволюции токового слоя различают фазы: формирование, метастабильную стадию и импульсную фазу магнитного пересоединения.

Нестационарный процесс магнитного пересоединения вызывает макроскопические изменения магнитной структуры. В конечном счете - разрушение слоя и разрывную неустойчивость (тиринг). Возмущения исходного равновесного состояния инициируют распространение по плазме магнитогидродинамических волн. Возмущения на границах плазмы инициируются электрическим током (в шинах 44), направленным параллельно нулевой линии, т.е. перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, возникают волны магнитозвукового типа. Магнитозвуковые волны переносят по плазме возмущения магнитного поля, электрического тока, плотности и скорости плазмы, причем, в волне, сходящейся радиально к нулевой линии, амплитуды возмущений возрастают по мере приближения фронта к нулевой линии.

Для возбуждения электрического тока и течения плазмы, приводящих к формированию токового слоя, используется взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) 39.

Многокаскадная взрывная система для генерации высоковольтных электрических импульсов использует взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) 39 с перехватом магнитного потока. В таком ВМГ электромагнитная энергия, генерируемая в одном контуре, передается и усиливается в другом, коэффициент усиления достигается ~300.

Работа генератора представляется с помощью многоконтурной электрической схемы замещения с индуктивностями и коэффициентами связи, зависящими от времени, фиг.3: ВМГ 39 состоит из соосно расположенных внешнего запиточного соленоида L₁, внутреннего соленоида L₂ и цилиндрического лайнера L₃ с зарядом конденсированного взрывчатого вещества (КВВ) внутри. Начальный поток в соленоиде L₁ создается при запитке от конденсаторной батареи С₀ на соленоид L₁. В

момент достижения максимума тока инициируется заряд КВВ. Продукты детонации приводят в движение лайнер, который замыкает вторичную цепь, «перехватывает» магнитный поток, созданный внешним соленоидом. В случае осевого инициирования лайнер асимметрично расширяется относительно продольной оси ВМГ в виде цилиндра. В результате магнитный поток вытесняется в нагрузку L_н. Длительность импульса в L_н определяется динамикой расширения лайнера. При запуске генератора 39 его обмотки работают как трансформатор. На зажимах взрывного ключа и между спиралями появляются напряжения соответственно U₂=λ·U₁, которые достигают сотен киловатт для предотвращения преждевременного пробоя. Генерация тока в цепи нагрузки обеспечивается за счет увеличения коэффициента связи «лайнер - внутренняя спираль» при быстром ассиметричном расширении медного лайнера, которое вызывается цилиндрической расходящейся детонационной волной, отражающейся при осевом инициировании КВВ. Так длина соленоидов 200 мм, диаметр внутреннего соленоида ⌀=100 мм. Инициирование КВВ производится от взрывающихся медных проволочек, которые располагаются по продольной оси лайнера, I₂=230 кА, U₂=57 кВ.

Фазовые объекты в потоке плазмы исследуются путем просвечивания их световым пучком, что позволяет получать пространственное распределение показателя преломления n, которое в свою очередь однозначно связано с пространственным распределением концентрации атомов, молекул и электронов в исследуемом объекте.

В камере ЭСП 25 в хорошо вакуумированную магнитную ловушку помещено ~10 млн атомов Na, практически неподвижных, лишенных степеней свободы, обеспечивается их глубокое охлаждение до Т=0,0001 К. В ловушке гарантируется отсутствие атомов Na с остаточным газом. В камере ЭСП 25 находится Бозе - конденсат - газовое облако, все атомы которого занимают нижнее положение энергетического состояния. Магнитное поле удерживает облако сигарообразной формы 339 мкм (продольное) и 55 мкм (поперечное)в центре камеры, препятствуя контакту

со стенками. Большая плотность бозе - конденсата осуществляет тонкую подстройку энергетических уровней системы (линия Д1 с=589,6 нм) и энергией двух лазерных пучков 14 и 31.

Резонансное поглощение фотонов проходящего лазерного импульса атомами натриевого конденсата в блоке 25 обеспечивает огромный коэффициент преломления, характеризует «тормозящие» способности для луча света. Основы аномального торможения света - метод электромагнитного стимулирования прозрачности (ЭСП). Метод заключается во взаимодействии двух лазерных пучков света с атомами среды, когда возбуждаются два подуровня тонкого расщепления. Кроме короткого лазерного импульса 14 и поляризатора 15, тормозящегося в мишени (пробный луч), в нее одновременно должен поступать более длинный лазерный импульс - связной агент лазера 31. Образуется 3-х уровневая система: основной уровень и два подуровня возбуждения атомов Na, к которым точно подогнали энергии фотонов пробного и связного пучков поляризатора 15 и лазера 31. Резонансное поглощение фотонов пробного пучка поляризатора 15 атомами среды, переходящими на верхний подуровень, и резонансный индуцированный сброс их фотонами связного пучка лазера 31 на нижний подуровень осуществляется точной постройкой системы. Действие пучков поляризатора 15 и лазера 31 обратимо: фотоны связного пучка забрасывает атомы Na с нижнего подуровня на верхний, а фотоны пробного пучка индуцируют их переход в основное состояние. Это взаимное «отрицание» пучков приводит к индуцированной прозрачности среды - к торможению и сжатию пробного лазерного импульса поляризатора 15. Внешне - это исчезновение луча света при входе в конденсат с последующим выходом через время торможения, в это время интенсивность пучка падает.

Когда резко выключается связной лазерный импульс лазера 31, пробный пучок поляризатора 15 резонансно взаимодействует с мишенью ЭСП 25 и не может активно выйти из нее, пучок просто пропадает. Память о нем в газовом конденсате застывшего квантово - когерентного состояния

атомов Na остается в течении 1 мс, что позволяет большее время по сравнению с длительностью пучка и его задержкой в конденсате останавливать световой импульс. Лазерный луч полностью поглощен в мишени, и выделенная им энергия через некоторое время перешла на атомы Na. Мишень ЭСП 25, нагревшись, перестала быть бозе - конденсатом - произошла диссипация энергии. Когда был снова включен связной лазер 31 (через интервал времени в пределах 1 мс) - пробный луч поляризатора 15 выходит из мишени ЭСП 25. Происходит регенерация светового пучка спустя большое время после его остановки.

Состояние в Na - мишени ЭСП 25 фиксируется детектором пластины изображения 33 и ПЗС-камерой (прибор с зарядовой связью) 35. Для отделения пучков поляризатора 15 и лазера 31 друг от друга, они по-разному линейно поляризованы, перед ФЭУ 38 стоит линейный поляризатор 36, пропускающий излучение только одного пучка.

Для визуализации и фиксации оптических неоднородностей в ГАТ предварительно подготавливается блок электромагнитного стимулирования прозрачности (ЭСП) 25 - криогенный режим работы, осуществляется термоизоляция от стенок камеры блока 25. Затем включается электропитание силовых обмоток системы электромагнитной подвески модели (СЭМП) 21 в рабочей части ГАТ 9. В это время автоматически убирается державка 10 модели 11 и контролируется ток в измерительной обмотке СЭМП. Далее задействуют и организуют поток газа, выходящего из баллона 1 с высоким давлением, поступающий последовательно в звенья 2-9. В это время фиксируется картина обтекания модели 11 гиперзвуковым потоком с помощью блока 25 ЭСП. Проведение эксперимента по обнаружению и визуализации картин обтекания модели ЛА осуществляется под контролем ЦВМ 20.

Claims (1)

1. Газодинамическая установка (ГУ), включающая гиперзвуковую аэродинамическую трубу (ГАТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением газа, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель с управляющими обмотками, вторичное сопло, рабочая часть ГАТ с исследуемой моделью летательного аппарата (ЛА) и державкой, система электромагнитной подвески модели (СЭПМ) с силовыми и контрольными электрическими обмотками, установка визуализации неоднородностей потока с двумя лазерами, поляризаторами, полупрозрачными отражателями, блоком электромагнитного стимулирования прозрачности, выход которого оптически связан с картиной изображения, полупрозрачным отражателем, поляризатором, фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и регистратором изображения на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), выходное сопло, многоступенчатая система эжекторов, а также цифровую вычислительную машину (ЦВМ), соединенную первым входом через блоки преобразования с ионными и магнитными зондами параметров плазмы, вторым входом - с управляющими обмотками МГД-ускорителя, третьим входом - с контрольной обмоткой СЭПМ, четвертым - с регистратором ПЗС, пятым - с выходом ФЭУ, отличающаяся тем, что в рабочую часть ГАТ введены взрывной магнитогидродинамический генератор (ВМГ) с блоком управления, электромагнитная квадрупольная система с противоположно запитанными током шинами и силовыми обмотками для создания нулевой магнитной линии и два сетчатых высоковольтных электрода, плоскости которых перпендикулярны потоку плазмы, расположенных на расстоянии друг от друга перед моделью ЛА и соединенных с выходными обмотками ВМГ, связанного через блок управления ВМГ с шестым входом ЦВМ.