Дифракция плоской ударной волны на препятствии при инициировании импульсного объемного разряда
Автор: Анна Александровна Иванова
Соавторы: Мурсенкова И.В.
Организация: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Целью работы было экспериментальное исследование структуры нестационарного течения после дифракции плоской ударной волны с числом Маха М=2,9–4,4 на малом препятствии в канале ударной трубы прямоугольного сечения 48×24 мм2. Визуализация процессов осуществлялась с помощью прямого теневого метода и фоторегистрации свечения наносекундного комбинированного объемного разряда; оптическая диагностика поводилась через кварцевые стекла рабочей секции [1].
Фронт исходной ударной волны представляет плоскость, перпендикулярную стенкам канала ударной трубы. Препятствие размером 48×6×2 мм3 было расположено на нижней стенке рабочей секции внутри разрядного объема. Ширина препятствия соответствовала ширине канала рабочей секции, что позволяло считать исследуемое течение двумерным. Регистрация теневых изображений осуществлялась высокоскоростной камерой с частотой 150 000 кадров в секунду. Комбинированный объемный разряд длительностью ~500 нс инициировался в воздухе при импульсном напряжении 25 кВ, начальном давлении р0 = 10–30 Торр в различные моменты времени после прохождения ударной волной препятствия [1]. Фотокамерой регистрировалось интегральное по времени свечение разряда, электронно-оптической камерой – с наносекундным разрешением.
В результате высокоскоростного теневого зондирования были обнаружены особенности ударно-волновой конфигурации: на теневом изображении (рис. 1, а) за фронтом ударной волны виден косой скачок уплотнения, который взаимодействует с ней, искривляя фронт. Свечение разряда с резкой границей слева визуализирует область протекания тока разряда перед фронтом (рис. 1, б). Фотоизображения свечения показывают четкое соответствие формы фронта дифрагированной ударной волны теневым кадрам. Результаты исследования показали, как при удалении от препятствия фронт ударной волны эволюционирует к плоскости, соответствуя [2]. Распределение свечения разряда обеспечивает практически мгновенную визуализацию структуры потока, поскольку экспозиция (время свечения разряда) составляет менее 1 мкс. За время экспозиции смещение элементов течения не превышает доли миллиметра, позволяя с большой точностью определить положение и форму фронта ударной волны после дифракции.
1. Иванова А.А., Мурсенкова И.В. Экспериментальное исследование движения ударной волны в плазме импульсного объемного разряда в воздухе. Вестник МГУ, Сер. 3. Физика. Астрономия. 2023. № 2. 2320601.
2. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Гидродинамика. М., Наука, 1988. 737 с.
