Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4.


Просмотр статьи
PDF, 450,8 КБ

New regimes of plasma flows and heat transfer in the ipg-4 plasmatron

New regimes of the air plasma flows and heat transfer in the 100-kW RF-plasmatron IPG-4 and results of flow field and
heat transfer characterization are presented. Maximum stagnation point heat flux 1300 W/cm2 to water-cooled copper
model with a flat nose of 20 mm diameter was achieved at the stagnation pressure 180 hPa due to using water-cooled
sonic nozzle of a small diameter. Subsonic pure air plasma flows with relatively low enthalpies 4-5 MJ/kg were obtained
using newly developed long water-cooled section of the IPG-4 plasmatron discharge channel.Performing experiments inside
the plasmatron discharge channel instead of conventional tests in subsonic air plasma jets reveals the way to obtain
on the water-cooled copper model the stagnation point heat flux 700 W/cm2 and to realize experimental simulation of the
reentry heating conditions related to the Earth entry of the capsule with the Martian ground samples. Slit nozzle application
extends capability of the IPG-4 plasmatron for the simulation of the heat transfer to a side surface of the re-entry vehicles.


Том 7, 2008 год



Представлены описания новых режимов течения и теплообмена воздушной плазмы, реализованных в индукционном плазмотроне ВГУ-4 в последние годы, и их характеристики. Использование удлинённого водоохлаждаемого разрядного канала позволило получить потоки чистой воздушной плазмы с энтальпией 4-5МДж/кг при со-
хранении всех преимуществ индукционного нагрева газовых потоков. Проведение экспериментов не в свободной
дозвуковой струе, а внутри разрядного канала позволило вдвое повысить максимальный тепловой поток к моде-
ли и довести его до 700 Вт/см2, что позволяет моделировать условия нагрева возвращаемой на Землю капсулы с
марсианским грунтом. Использование водоохлаждаемых звуковых сопел малого диаметра позволило поднять
максимальный тепловой поток к цилиндрической модели с плоским торцом диаметром 20мм до 1300 Вт/cм2.
Применение щелевого сопла открывает возможность моделирования на плазмотроне ВГУ-4 теплообмена на боковых поверхностях спускаемых аппаратов для условий входа в атмосферу.


Том 7, 2008 год



1. Kolesnikov A.F. The Concept of Local Simulation for Stagnation Point Heat Transfer in Hypersonic Flows: Applications and Validation. AIAA Paper 2000-2515, June 2000.
2. Yakushin M., Gordeev A., Vennemann D., Novelli A. Mass Loss of SiC Sample Surfaces Under Different Flow Conditions // AIAA Paper 98-2605, 1998.
3. Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Vasil’evskii S.A., Yakushin M.I. Study of Quartz Surface Catalycity in Dissociated Carbon Dioxide Subsonic Flows // J. of Spacecraft and Rockets, Vol. 37. N. 5. 2000. Pp. 573−579.
4. Афонина Н.Е., Васильевский С.А., Громов В.Г., Колесников А.Ф., Першин И.С., Сахаров В.И., Якушин М.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях воздуха, истекающих из звукового сопла плазмотрона // МЖГ. № 5. 2002. С. 156−168.
5. Дорошенко В.М., Мысова В.М. Рулёв Ю.К., Якушин М.И. Измерение энтальпии в дозвуковых высокотемпературных струях азота и воздуха на индукционном плазмотроне. // ИФЖ. Т. 53. №3. 1987. С. 492 – 493.
6. Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., Vasil’evskii S.A., Sakharov V.I. Codes-to-experiment comparison for subsonic inductive air plasma flows in the IPG-4 plasmatron // Proc. 7th Int. Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. Moscow, 2007 (в печати).
7. Murzinov I.N., Rumynsky A.N., Vlasov V.I., Zalogin G.N., Knotko V.B. Earth Entry of the Vehicle with the Mars Ground Samples // Proc. 4th European Symposium on Aerothermodynamics of Space Vehicles. Capua, Italy. ESA SP-487. 2002. Pp. 289–296.
8. Gordeev A.N., Pershin I.S. Widening of Plasmatron Potentialities for Re-entry Simulation Using Tests inside Discharge Channel // Proc. 3rd Symposium on Atmospheric Reentry Vehicles and Systems. March 2003, Arcachon, France.
9. Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Kononov S.V. Comparative Characterization of the IPG-4 Inductive Plasmatron in Subsonic and Supersonic Regimes of Air Plasma Flows // Proc. Int. Conf. on Methods of Aerophysical Research. Novosibirsk, Russia. Publishing House "Nonparel". 2004. Part I. Pp. 106−111.