В данной работе предполагается провести экспериментальное и теоретическое исследование воздействия протяженного контрагированного электрического разряда на динамику развития гидродинамической неустойчивости слоя смешения, реализуемого при инжекции газовых струй ортогонально набегающему сверхзвуковому воздушному потоку. В частном случае поставленная задача решает проблему интенсификации смешения топлива с окислителем в высокоскоростных камерах сгорания, например в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ГПВРД), что иллюстрирует актуальность решаемой задачи. В данном направлении ведутся активные исследования в США, Франции, Австралии, Китае и других странах, что подчеркивает высокий уровень значимости проблемы.

В существующих подходах к интенсификации смешения в сверхзвуковом потоке используются механические элементы, создающие вихревую структуру поля течения. В данном проекте предлагается новое решение, заключающееся в применении электрического разряда, локализуемого непосредственно в слое смешения, что влечет интенсификацию развития гидродинамической неустойчивости по типу Рихтмайера-Мешкова. В работе впервые будет рассмотрена возможность интенсификации возникающих в такой системе гидродинамических неустойчивостей при создании переменных во времени градиентов плотности и давления.

Предполагается, что в процессе реализации проекта будут обнаружены условия генерации разряда, приводящие к существенному ускорению процесса смешения без существенных потерь полного давления в потоке. По результатам экспериментального исследования и численного моделирования будет выполнено подробное описание физических механизмов взаимодействия и представлен прогноз практической реализации в условиях ГПВРД.

Публикации

1) A V Efimov, A A Firsov, N S Kolosov and S B Leonov - Characterization of electric discharge collocated with gas jet in supersonic airflow // 2020 Plasma Sources Sci. Technol. 29 07LT01 https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab9c94

2) A.A. Firsov, A.V. Efimov, N.S. Kolosov and S.B. Leonov - Parameters of an electric discharge in a mixing layer of a supersonic air flow and an injected gas // 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1698 012015 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1698/1/012015

3) Firsov, A.A., Leonov, S.B., Shurupov, M.A. et al. Measurement of the Degree of Mixing of Carbon-Containing Gases with Air by the Method of Probe Discharge Spectroscopy // High Temp 57, 617–620 (2019). https://doi.org/10.1134/S0018151X19050055

4) A A Firsov, E V Dolgov, A V Efimov, I A Moralev, D A Yarantsev and S B Leonov - Investigation of Q-DC discharge influence on fuel jet mixing with supersonic airflow // 2019 J. Phys.: Conf. Ser. 1394 012024 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1394/1/012024

Доклады на конференциях

1) A.A. Firsov, E.V. Dolgov, A.V. Efimov, S.B. Leonov “International Conference on High-Speed Vehicle Science and Technology” (HiSST), 26-29 ноября 2018, Москва, Россия - устный доклад: Mixing enhancement of wall-injected fuel in supersonic flow by Q-DC discharge, paper №2018-1059,

2) Долгов Е., устный доклад, Investigation of Q-DC discharge influence on fuel jet mixing with supersonic airflow //18th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics,9–11 April 2019, Moscow, Russian Federation

3) Долгов Е., стендовый доклад, Investigation of quasi-dc discharge influence on fuel jet mixing with supersonic airflow // XXXIV International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter March 1–6, 2019, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia

4) Яранцев Д., стендовый доклад, Specific localization of quasi-DC discharge and its influence on jet structure in supersonic airflow // XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG), Sapporo, Japan, July 14–19, 2019.

5) А.В Ефимов, А.А. Фирсов, Н.С. Колосов Спектроскопическое исследование плазмы разряда постоянного тока в слое смешения топлива с окислителем // 19th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, 15-17 сентября 2020 (ОИВТ РАН, Москва, Россия)