Московский физико-технический институт
(государственный университет) (МФТИ)

Россия, 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9
Научный центр «Лаборатория физики неравновесных систем»
Стариковский Андрей Юрьевич

e-mail: astar@neq.mipt.ru

1. Получена информация о неравновесном излучении за фронтом падающей ударной волны в газовых смесях, сходных по составу с марсианской атмосферой. Показана определяющая роль излучения ВУФ-диапазона в теплопереносе при скоростях УВ до 8 км/с. Для описания физико-химических процессов в ударном слое предложена кинетическая схема, основанная на приближении поуровневой кинетики. В рассматриваемую кинетическую схему входят нейтральные и заряженные частицы, являющиеся основными составляющими смеси. Проведен анализ влияния различных излучательных переходов электронно-возбужденных состояний молекул CN, CO, C₂, CO⁺ на температуру газовой смеси, получены зависимости поступательной и колебательной температур от времени. Показаны временные диапазоны, в которых требуется проводить расчет с использованием поуровневой кинетики.

2. Исследована возможность изменения положения точки отрыва пограничного слоя плазменными устройствами с ассиметричным расположением электродов. Показана возможность управления отрывом пограничного слоя до скорости 100 м/с при превышении критического угла атаки на 7-8º.

Была изучена эффективность ускорения потока газа наносекундным барьерным разрядом с ассиметричным положением электродов. Показано, что в случае барьерного разряда ускорение потока наблюдается, только когда на высоковольтный электрод подано напряжение отрицательной полярности. На поверхности профиля NACA-0015 длиной 10 см была собрана система ассиметричных электродов, создающих несколько областей однородной плазмы. На электроды подавалось напряжение различной полярности амплитудой 20 кВ, с длительностью импульса на полуширине t_1/2 = 30 нс. и частотой f = 6 кГц. Показана возможность эффективного контроля отрыва пограничного слоя с помощью импульсных наносекундных разрядов.

3. Исследована динамика развития стримерной вспышки при различных давлениях в диапазоне от 740 до 80 торр. Получена экспериментально и теоретически структура головки стримера.  

Было измерено напряжение на промежутке и соответствующий ему ток стримерной вспышки. Было установлено, что ветвление канала существенно зависит от давления в камере. При высоких давлениях регистрировалась сильно ветвящаяся стримерная вспышка, при более низких - и ветвящаяся структура, и одиночный стримерный канал, в еще более низком диапазоне давлений стример не ветвится, т.е. развивался только одиночный стримерный канал. Была получена зависимость диаметра стримера от давления, которая в широком диапазоне давлений обратно пропорциональна давлению.

4. Исследована кинетика медленного окисления н-бутана в бедных смесях с кислородом под воздействием импульсно-периодического разряда в виде высокоскоростной волны ионизации. Показан рост чувствительности топлив к инициированию окисления неравновесной плазмой в ряду CH₄-С₂H₆/C₅H₁₂-C₂H­₂. С наносекундным временным разрешением  измерялись ток, напряженность электрического поля и энерговклад в разряде. Во времяразрешенном и интегральном режимах были измерены интенсивности излучения следующих молекулярных полос: CH(A²D,v'=0->X²P,v''=0), OH(A²S,v'=0->X²P,v''=0), CO(B¹S,v'=0->A¹P,v''=2), CO₂⁺(B²S->X²P,dv = 0). На основе оптических измерений были определены времена полного окисления углеводородов. Было показано, что окисление предельных углеводородов в разряде при комнатной температуре определяется возбуждением, диссоциацией и ионизацией окислителя, промежуточных веществ и продуктов реакции. На процесс окисления не оказывает влияния возбуждение, ионизация и диссоциация углеводорода.

5. Проведены эксперименты по поджигу предварительно нагретой ударной волной газовой смеси импульсным объемным наносекундным разрядом и лазерным флэш-фотолизом. Показано, что эффективность нетермического воспламенения смесей углеводородов C₁-C₄ с воздухом в 10-20 раз выше, чем термического нагрева. Получены данные об относительной эффективности различных методов инициирования воспламенения. Получены данные о кинетике плазменного инициирования воспламенения в смесях водород, пропан, бутан-воздух.

6. Изучено влияние частоты повторения наносекундных импульсов на скорость срыва и мощность пламени. Показана определяющая роль нетермического механизма возбуждения смеси. Новая модификация ГИН позволяет получать импульсы длительностью около 30 нс и амплитудой до 25 кВ, при частоте повторения 1-6 кГц.. Было установлено, что с увеличением частоты эффект увеличения скорости усиливается. Такое поведение связано с дополнительной генерацией активных частиц в разряде. 

7. Исследовано влияние неравновесной плазмы наносекундного разряда на переход горения в детонацию и инициирование детонации в газе. Показана возможность инициирования детонации со сверхмалыми энергиями инициирования за счет когерентного механизма инициирования смеси. Наблюдались режимы горения со скоростью пламени равной скорости звука в несгоревшем газе, с ускорением скорости пламени, режим перехода горения в детонацию и прямое инициирование детонации. Обнаружена сильная зависимость режимов горения от давления смеси и слабая зависимость от энерговклада в разряде. Для смеси пропан:кислород=1:5 при давлении 0.277 атм на длине L=620 мм обнаружен переход в режим детонации. Для смеси пропан/бутан:кислород=1:5 при давлении 0.3 атм прямое инициирование детонации происходит при энерговкладе в разряде равном 19 мДж.