Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность исследования определяется необходимостью всестороннего изучения физических явлений и процессов, происходящих при нестационарном воздействии ударных волн и сверхзвуковых потоков на поверхность тел. Научный и практический интерес при рассмотрении задачи дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой представляет получение данных о динамических и тепловых нагрузках, изменяющихся вследствие возникновения колебаний, движении поверхностей разрыва, об особенностях течения внутри выемки. Причиной возникновения нестационарности сверхзвукового течения может быть неравномерное распределение термодинамических параметров и неравновесность микропроцессов в среде. Исследования обтекания поверхностей в таких условиях представляют значительный научный интерес и важны с точки зрения прикладных задач сверхзвуковой аэродинамики, плазмохимии, лазерных технологий. При рассмотрении сверхзвукового обтекания тел потоками с возбуждением внутренних степеней свободы частиц остается мало изученной связь газодинамических и релаксационных процессов. Нестационарность и существенная нелинейность таких задач затрудняют возможность применения аналитических методов и методов численного моделирования. В связи с этим актуальным является экспериментальное исследование нестационарных процессов при сверхзвуковом обтекании тел.
Цель работы. Целью работы являлось экспериментальное исследование нестационарных задач, связанных со сверхзвуковым обтеканием тел. Нестационарность возникала вследствие взаимодействия обтекаемого сверхзвуковым потоком
затупленного тела с областью неравновесно возбужденного газа в потоке или колебаний, возникающих при дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой.
В диссертации решались следующие основные задачи: 1. Создание экспериментальной установки для решения задач взаимодействия ударных волн с моделями и обтекания моделей потоками воздуха, в том числе с неравновесным возбуждением внутренних степеней свободы частиц среды. 2. Изучение особенностей дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой, в частности динамических и тепловых нагрузок на дне выемки с плоским дном в процессе установления обтекания. 3. Экспериментальное исследование влияния неравновесного возбуждения потока на сверхзвуковое обтекание модели.
Научная новизна. Впервые использован импульсный высокооднородный объемный разряд длительностью менее 1 МКС для неравновесного возбуждения среды в сверхзвуковом потоке при газодинамических исследованиях.
Получены данные о динамике давления на дне выемки и температуры поверхности при дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой.
Впервые исследовано сверхзвуковое обтекание затупленного тела потоком неравновесно возбужденного газа при энерговкладе 0.02^-0.08 эВ на частицу. Изучена динамика давления в точке торможения модели и фронта головной ударной волны.
Предложен новый метод визуализации сверхзвукового течения с разрывами с помощью излучения импульсного объемного разряда.
Практическая ценность. Данные по экспериментальному исследованию динамических и тепловых нагрузок при дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой необходимо учитывать при расчете воздействия, оказываемого ударными
волнами на тела и конструкции, имеющие полости, выемки и каверны.
Результаты экспериментального изучения воздействия области потока, возбужденной импульсным объемным разрядом, на обтекаемое сверхзвуковым потоком затупленное тело могут быть использованы при определении параметров обтекания поверхностей сверхзвуковыми потоками с неравновесным возбуждением внутренних степеней свободы частиц среды.
Предложенный метод визуализации сверхзвуковых течений с разрывами свечением импульсного объемного разряда применим для исследования структуры как стационарных, так и нестационарных потоков газа.
Защищаемые положения.
-
Данные по динамике давления и нестационарному теплообмену на дне выемки с плоским дном при дифракции плоской ударной волны на теле с выемкой.
-
Результаты экспериментального исследования динами-' ки отхода головной ударной волны и давления в точке торможения затупленной модели, обтекаемой сверхзвуковым потоком, при воздействии области потока, возбужденной импульсным объемным разрядом.
3. Метод визуализации стационарных и нестационарных
сверхзвуковых течений с разрывами свечением импульсного
объемного разряда с плазменными электродами.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на IY Всесоюзной конференции "Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах" (Красновидово, 1988); Всесоюзном научном семинаре "Взаимодействие акустических волн с плазмой" (г. Мегри, 1989); III Всесоюзном совещании "Физика и газодинамика ударных волн" (г. Владивосток, 1989); IX Научно-технической конференции по авиационной акустике
(г. Суздаль, 1989); Научном семинаре ИВТ РАН под рук. Т.В.Баженовой (г. Москва, 1989); Всесоюзном семинаре "Проблемы преобразования энергии и рационального использования органического топлива в энергетике" (г. Киев, 1990, 1991); Всесоюзном симпозиуме "Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения" (г. Алма-Ата, 1991); Международной школе-семинаре "Физика и газодинамика ударных волн" (г. Минск, 1992); YI Конференции по физике газового разряда (г. Казань, 1992); X Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 1992); ХУІ Научно-технической конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" (г. Москва, 1993); а также на научных семинарах кафедры физики МАИ (1988-1992).
Публикации, По результатам диссертации опубликовано двенадцать печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 159 страниц и включает 117 страниц машинописного текста, 31 рисунок, 1 таблицу и список литературы из 112 наименований.