Физика

Ученые создали модель разряда перед сверхзвуковым самолетом

NASA

Ученые из МФТИ вместе с коллегами из Принстонского университета построили модель взаимодействия высоковольтного стримерного разряда с ударной сверхзвуковой волной. Выяснилось, что при определенных условиях разряд начинает распространяться вдоль самой волны. Полученные данные помогут более точно моделировать условия вокруг сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. Результаты работы опубликованы в журнале Plasma Sources Science and Technology.

Стримерные разряды в неоднородных газовых средах могут возникать в естественных условиях, например в атмосфере Земли. Из-за изменения плотности воздуха на пути таких разрядов в атмосфере в верхних ее слоях рождаются плазменные области в форме колец (эльфы) и струй (джеты и спрайты). На относительно небольших высотах (до 10 км) разряды в атмосфере распространяются в виде стримерно-лидерных структур, которые приводят к возникновению молний.

Импульсные высоковольтные разряды сегодня используют для управления воздушным потоком. Быстрый нагрев небольшого объема газа позволяет управлять турбулизацией потока, отрывными и нестационарными течениями, а также конфигурацией ударных волн перед объектами, движущимися в атмосфере со сверхзвуковой скоростью. Поэтому важно исследовать взаимодействия разрядов с ударными волнами и другими неоднородностями газа.

В новой работе российские ученые вместе с американскими коллегами рассмотрели случай пересечения стримерного разряда с ударной волной. Они построили математическую модель и провели эксперименты. В ходе экспериментов разряд распространялся в 15-сантиметровом воздушном промежутке. Плотность модельного газа ученые изменяли ступенчато от положительного электрода к отрицательному.

Положительный электрод представлял собой острую иглу, с которой испускался электрический разряд, а отрицательным выступала кварцевая пластина. Ученые поднимали напряжение на зазоре за 1 наносекунду до 100 кВ, а затем оставляли постоянным на этом уровне. Разряд при этом распространялся за счет лавинной ионизации газа на фронте волны и фотоионизации перед ней. Ученые наблюдали за поведением такой волны при пересечении границ областей газа разной плотности.

Ученые также рассмотрели случай, когда волна ионизации проходит через неоднородности, в которых плотность газа меняется плавно. Результаты расчетов показывают, что наличие переходной части, длина которой значительно превышает диаметр стримерного разряда, позволяет ему плавно изменять форму и продолжать движение без резких изменений скорости и диаметра канала.

Новые данные, полученные исследователями, помогут лучше моделировать условия полета через земную атмосферу сверхзвуковых самолетов и космических кораблей.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.