YakovlevVI

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе:

1.Используя двухдиафрагменную ударную трубу с предварительным подогревом «толкающего» газа (гелий) до температуры 600 К при рабочем давлении 15 МПа создан импульсный газодинамический стенд, обеспечивающий генерирование ударных волн со скоростью распространения 3,4 – 4,1 км/сек в атомарных газах при начальном давлении 3–10 Тор, равновесной температурой плазмы аргона за фронтом в диапазоне 10000 – 12000 K.

2.Разработан и создан измерительный ИК-комплекс для одновременной лазерной интерферометрии, абсорбционно-эмиссионных измерений, позволивший получить экспериментальные данные о динамике плотности и температуры электронов в потоке атомарных газов за фронтом ионизующих ударных волн.

3.Решены методические вопросы ИК-диагностики слабоионизованной равновесной и неравновесной плазмы в условиях оптической неоднородности и поглощения зондирующего излучения. Определена граница допустимых значений градиента плотности электронов, учтен вклад тормозного механизма поглощения при столкновениях электронов с атомами в общую величину

коэффициента поглощения на длине волны СО2-лазера, рассчитан коэффициент поглощения аргоновой плазмы в рабочем диапазоне температур 6000–20000 К

истепени ионизации 0,1–1%.

4.Разработан новый подход к экспериментальному исследованию области лавинной ионизации за ударным фронтом, основанный на определении в рамках квазиодномерного течения газодинамических и кинетических (температура, источник электронов) параметров в неравновесной плазме с использованием результатов измерений динамики плотности электронов.

5.Проведены эксперименты с ударными волнами в аргоне, в малоизученном диапазоне чисел Маха M = 10,5–12,7 и начальном давлении 3– 10 Тор, с высокоточными (до 2–3% в области максимальных значений) измерениями динамики электронной плотности за фронтом, позволившими получить следующие результаты:

– установлено с учетом влияния факторов неидеальности течения (развитие пограничного слоя, энергетические потери, примеси), что максимальные измеренные и рассчитанные равновесные значения плотности электронов за фронтом ударных волн в аргоне высокой чистоты наиболее

31

близки в случае учета снижения потенциала ионизации в плазме по теории Дебая-Хюккеля, что служит ее экспериментальным доказательством;

–определены энергетические потери равновесной плазмы аргона в температурном диапазоне 9700–11000 К, показавшие возможность применения принципа спектроскопической устойчивости для расчета интегральных радиационных потерь низкотемпературной плазмы в условиях доминирующей роли излучения в дискретном спектре;

–установлено, что процесс лавинной ионизации отличается от расчетного сценария в рамках общепринятой модели ионизационной релаксации более сильными локальными градиентами температуры, источника электронов, что указывает на наличие слабых температурных возмущений среды с величиной относительного изменения несколько процентов; экспериментально установлено, что их существенное усиление происходит при

M≤10,5–10,7;

–выявлено в расчетах энергетического баланса электронов (в МДПприближении), что учет механизма межатомных столкновений с ассоциативной ионизацией приводит к изменению энергетической взаимосвязи электронов с атомами и при повышенной концентрации возбужденных атомов может вызвать усиление возмущений (акустической активности) в релаксационной зоне за фронтом УВ. Это создает основу для развития модели ионизационной релаксации в ионизующих ударных волнах.

6.Проведены эксперименты с оптическим пульсирующим разрядом в сверхзвуковом (М=2) потоке аргона с визуализацией нестационарной и квазистационарной волновой структуры и измерениями аэродинамического сопротивления обтекаемых тел, позволившие определить критерий квазистационарности течения; показано, что требуемая частота следования лазерных импульсов зависит от протяженности области пробоя, скорости потока и не зависит от механизмов формирования оптического разряда при условии короткой длительности импульса излучения относительно характерного масштаба времени.

7.Разработаны на основе результатов экспериментов и известных механизмов распространения оптических разрядов аналитические модели для определения в сверхзвуковом потоке волновой структуры и оценки параметров квазистационарного течения в тепловом следе за пульсирующей лазерной плазмой, образованной в искровом разряде и за фронтом светодетонационной волны. На основе этих моделей показано принципиальное различие структуры течения в тепловом следе, вызванное различной динамикой плазмы пробоя.

32

Основные результаты диссертационной работы представлены в следующих публикациях:

1.Soloukhin R.I., Yakobi Yu.A., Yakovlev V.I., Studing of ionizing shock waves by IR-diagnostic technique // Archives of Mechanics. 1974. Vol. 26, No. 4. P. 637 – 646.

2.Солоухин Р.И., Якоби Ю.А., Яковлев В.И. Исследование ионизирующих ударных волн методами инфракрасной диагностики. Газодинамика и физическая кинетика: Сб. науч. тр. / АН СССР. Сиб. отд-ние. ИТПМ. Новосибирск, 1974. С.158–160.

3.Якоби Ю.А., Яковлев В.И. Роль неоднородности и поглощения среды в интерферометрических измерениях // Вопросы газодинамики: Новосибирск, 1975. С. 257–260. (Сб. науч. тр. / АН СССР. Сиб. отд-ние. ИТПМ.)

4.Солоухин Р.И., Якоби Ю.А., Яковлев В.И. Исследование равновесной зоны за фронтом ионизующей ударной волны // Физика горения и взрыва. 1977.

№3. С. 481–483.

5.Булышев А.Е., Суворов А.Е., Преображенский Н.Г., Яковлев В.И. К вопросу о плотности электронов перед фронтом ударной волны в аргоне //

ЖТФ. 1977. Т. С. 1991–1992.

6.Яковлев В.И. Поглощение инфракрасного излучения, обусловленное торможением электронов на атомах аргона // Методы исследования радиационных свойств среды: Сб. науч. тр. / АН СССР. Сиб. отд-ние. ИТПМ. Новосибирск,1977. С.4–5.

7.Вагин С.П., Кацнельсон С.С., Яковлев В.И. Расчет радиационных характеристик аргоновой плазмы // Методы исследования радиационных свойств среды: Сб. науч. тр. / АН СССР. Сиб. отд-ние. ИТПМ. Новосибирск, 1977. С. 30–180.

8.Vagin S.P., Yakobi Yu.A., Yakovlev V.I., Soloukhin R.I. Experiments on radiative cooling of a shock-heated gas // Revue de Physique Appliquee. 1978. Vol. 13. P. 399–403.

9.Яковлев В.И. Экспериментальное исследование кинетики ионизации аргона, нагретого ударной волной // V Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы: Тезисы докладов. Киев,1979. С. 543.

10.Гусев Е.И., Рудницкий А.Л., Яковлев В.И. ИК-измерения за фронтом

Дифференциальный лазерный интерферометр в ИК-области с внутренней калибровкой сигнала для исследования ионизующих ударных волн в газах.

33

Лазерные пучки. Распространение в средах и управление параметрами. Хабаровск, 1985. С. 96–100. (Сб. науч. тр. / Мин-во обр. РСФСР, ХПИ.)

13.Tretyakov P.K., Kraynev V.L., Grachev G.N. Yakovlev V.I. et al. A powerful optical pulsating discharge as the source of energy release in a supersonic flow // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc., Pt. 2. Novosibirsk, 1994. P. 224–228,

14.Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Крайнев В.Л., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // Математическое моделирование. Аэродинамика и физическая газодинамика / Под ред. В.М. Фомина. Новосибирск: Изд. ИТПМ СО РАН, 1995. С.70–78.

15.Tretyakov P.K., Fomin V.M., Yakovlev V.I. New principles of control of aerophysical processes. Research development // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc., Pt. 2. Novosibirsk, 1996. P. 210–220.

16.Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н., Крайнев В.Л., Пономаренко А.Г., Тищенко В.Н., Яковлев В.И. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // ДАН. 1996. Т. 351, № 3. С. 339–340.

17.Tretyakov P.K., Garanin A.F., Kraynev V.L., Yakovlev V.I. et al. Investigation of a local laser energy release influence on a supersonic flow by methods of aerophysical experiments // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt. 1. Novosibirsk, 1996. P. 200–203.

18.Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Пространственновременные масштабы газодинамической структуры сверхзвукового течения с импульсно-периодическим лазерным энергоподводом. Новосибирск, 1997. 23 с. (Препр. / РАН, Сиб. отд-ние. Ин-т теор. и прикл. механ.; № 9-97).

19.Yakovlev V.I. Flow gasdynamic structure space – time scales in aerophysical experiment with pulsating laser thermal source // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt 3. Novosibirsk, 1998. P. 273–276.

20.Третьяков П.К., Яковлев В.И. Формирование квазистационарного сверхзвукового течения с импульсно-периодическим плазменным теплоисточником // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24, вып .16. С.8–12.

21.Третьяков П.К., Яковлев В.И. Волновая структура в сверхзвуковом потоке с лазерным энергоподводом // ДАН. 1999. Т. 365, № 1. С. 58 – 60.

22.Grigor’ev P.V., Yakovlev V.I. Method of investigation of ionization relaxation in shock waves // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt 1. Novosibirsk, 2000, P. 207–214.

23.Yakovlev V.I. Development of a method of estimation of quasistationary flow parameters in a wake of an optical pulsating discharge // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt 3. Novosibirsk, 2000. P. 139–145.

24.Григорьев П.В., Макаров Ю.П., Яковлев В.И. Скорость лавинной ионизации аргона и криптона при числах Маха ударной волны, близких к

34

развитию неустойчивости потока I и II типов // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26, вып.

17.С. 105–110.

25.Yakovlev V.I. Pulsating laser plasma in a supersonic flow: experimental and analytical simulation // Proc. of the 3rd Workshop on Magneto-Plasma- Aerodynamics in Aerospace Applications / Ed. V.A. Bityurin. Moscow: IVTAN, 2001. Р. 238–244.

26.Яковлев В.И. Динамика плазмы оптического пульсирующего разряда в сверхзвуковом потоке: эксперимент и аналитическая модель квазистационарного течения // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27, вып. 9. С.13–19.

27.Яковлев В.И. Режимы течения с подводом энергии пульсирующего лазерного излучения в сверхзвуковой поток // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27,

вып.17. С. 29–34.

28.Гаранин А.Ф., Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И., Грачев Г.Н. Аэродинамика течений с оптическим пульсирующим разрядом. Новосибирск, 2001. 22 с. (Препр. / РАН. Сиб. отд-ние. ИТПМ; № 7-2001).

29.Постников Б.В., Яковлев В.И. Скорость лавинной ионизации и механизмы энергетического обмена в плазме аргона за фронтом ударной волны

// Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, вып. 17. С. 82–89.

30.Yakovlev V.I. Electron heating kinetics in argon plasma behind shock wave // Proc. of the 4th Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics in Aerospace Applications / Ed. Bityurin. Moscow, IVTAN, 2002. P. 100–106.

31.Фомин В.М., Постников Б.В., Яковлев В.И. Эффект высокой скорости лавинной ионизации за ударной волной в одноатомном газе // Докл. РАН. 2003.

Т.391, № 5. С. 623–627.

32.Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Обтекание теплового источника сверхзвуковым потоком // Известия АН. МЖГ. 2003. № 5.

С. 140–153.

33.Фомин В.М., Яковлев В.И. Физические модели лазерного энергоподвода в газовый поток. Новосибирск, 2004. 43 с. (Препр. / РАН. Сиб. отд-ние. ИТПМ; №2-2004).

34.Fomin V.M., Yakovlev V.I. Laser energy supply regimes in a gas flows // Fifteenth Intern. Conf. on MHD Energy Conversion and Sixth Intern. Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics: Proc. Vol. 3. Moscow, 2005. P. 638–639.

35.Коротаева Т.А., Фомин В.М., Яковлев В.И. Режимы лазерного энергоподвода в газовый поток // Вестник НГУ. 2007. Т. 2, вып. 1. С. 19–35.

36.Яковлев В.И. Радиационная релаксация плазмы аргона за ударной волной // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 11. С. 89–94.

35