Экспериментальное исследование теплообмена диссоциированного потока воздуха с плоской пластиной под углом атаки в ВЧ-плазмотроне


Просмотр статьи
PDF, 1,8 МБ

Experimental study of heat transfer between dissociated air flow and a flat plate at angle of attack in RF-plasmatron

The heat transfer from subsonic jets of dissociated air flowing from a slit nozzle to the surface of a flat plate at angle of attack was experimentally studied by the RF-plasmatron IPG-4. The influence of pressure in the chamber of plasmatron on the range of the air plasma jet was studied. The influence of generator power on distribution of heat flux on the surface of copper plate at the angle of attack at pressures in the chamber of 50 and 100 hPa was studied. The heat fluxes for the low-catalytic surface of the heat-shielding tile of the «Buran» orbital vehicle were determined depending on the generator power, pressure in the chamber and angle of attack. A comparison of the heat exchange parameters for the copper surface and the low catalytic surface of the heat-shielding tile of the «Buran» orbital vehicle for the same flow regime was carried out.

RF-plasmatron, slit nozzle, dissociated air, heat transfer, plate at angle of attack.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.1.780


Том 20, выпуск 1, 2019 год



В ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 был экспериментально исследован теплообмен дозвуковых струй диссоциированного воздуха, истекающих из щелевого сопла, с поверхностью плоской пластины под углом атаки. Исследовано влияние давления в барокамере установки на дальнобойность струи воздушной плазмы. Исследовано влияние мощности генератора на распределение теплового потока по поверхности медной пластины под углом атаки при давлении в барокамере 50 и 100 гПа. Определены тепловые потоки для низкокаталитической поверхности теплозащитной плитки орбитального корабля «Буран» в зависимости от мощности генератора, давления в барокамере и угла атаки. Проведено сравнение параметров теплообмена для медной поверхности и низкокаталитической поверхности теплозащитной плитки орбитального корабля «Буран» для одинакового режима обтекания.

ВЧ-плазмотрон, щелевое сопло, диссоциированный воздух, теплообмен, пластина под углом атаки.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.1.780


Том 20, выпуск 1, 2019 год



1. Vasil’evskii S. A., Gordeev A. N., Kolesnikov A. F. Local modeling of the aerodynamic heating of the blunt body surface in subsonic high-enthalpy air flow. Theory and experiment on a high-frequency plasmatron //Fluid Dynamics. – 2017. – Т. 52. – №. 1. – С. 158-164. https://doi.org/10.1134/S001546281701015X
2. Власов В. И., Залогин Г. Н., Ковалев Р. В., Рудин Н. Ф., Тренев М. Г. Условия моделирования теплообмена спускаемых аппаратов при скоростях входа V = 10-11 км/с в плазменных струях ВЧ-плазмотрона//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2011. Т. 12. http://chemphys.edu.ru/issues/2011-12/articles/348/
3. Chazot O., Krassilchikoff H. W., Thoemel J. TPS ground testing in plasma wind tunnel for catalytic properties determination //46th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit. – 2008. – С. 1252.
4. Owens W.P., Uhl J., Dougherty M., Lutz A., Meyers J., Fletcher D.G. Development of a 30kw inductively coupled plasma torch for aerospace material testing //10th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. – 2010. – С. 4322. https://doi.org/10.2514/6.2010-4322
5. Muylaert J. M., Cipollini F., Auweter-Kurtz M., Balat M., Borrelli S., Conte D., Traineau J. C., Guelhan A., Enzian A. European plasma working group: status of activities and future plans //Hot Structures and Thermal Protection Systems for Space Vehicles. – 2003. – Т. 521. – С. 321.
6. Kolesnikov A.F. The concept of local simulation for stagnation point heat transfer in hypersonic flows-Applications and validation //21st Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference. – 2000. – С. 2515. https://doi.org/10.2514/6.2000-2515
7. Bityurin V.А., Bocharov A.N, Zalogin G.N., Knotko V.B., Krasilnikov A.V., Lineberry J.T. On MHD phenomena modeling at high frequency plasmatron //33rd Plasmadynamics and Lasers Conference. – 2002. – С. 2253. https://doi.org/10.2514/6.2002-2253
8. Panerai F., Chazot O., Thoemel J. Plasma wind tunnel testing as support to the design of gas-surface interaction in-flight experiments //17th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. – 2011. – С. 2276. https://doi.org/10.2514/6.2011-2276
9. Terrazas-Salinas I., Cornelison C. Test Planning Guide for NASA Ames Research Center Arc Jet Complex and Range Complex //Space Technology Division, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA. – 2009. – Т. 94035.
10. Gokcen T., Skokova K., Alunni A. Computational Simulations of Panel Test Facility Flow: Compression-Pad Arc-Jet Tests //42nd AIAA Thermophysics Conference. – 2011. – С. 3635. https://doi.org/10.2514/6.2011-3635
11. Гордеев А. Н., Колесников А. Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ //Сб. Актуальные проблемы механики: Физико-химическая механика жидкостей и газов. Москва, Наука. – 2010. – С. 151-177.
12. Гордеев А. Н., Колесников А. Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4 //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2008. – №. 7. – С. 18. http://chemphys.edu.ru/issues/2008-7/articles/453/
13. Viladegut A., Chazot O. OFF-Stagnation point testing in plasma facility //Progress in Flight Physics–Volume 7. – 2015. – Т. 7. – С. 113-122. https://doi.org/10.1051/eucass/201507113
14. Gokcen T., Hui F., Taunk J., Noyes E., Schickele D. Calibration of the Truncated Panel Test Arc-Jet Facility //41st AIAA Thermophysics Conference. – 2009. – С. 4090. https://doi.org/10.2514/6.2009-4090
15. ASTM E457-08(2015), Standard Test Method for Measuring Heat-Transfer Rate Using a Thermal Capacitance (Slug) Calorimeter, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015, www.astm.org
16. Anderson L. A. Effect of surface catalytic activity on stagnation heat-transfer rates //AIAA Journal. – 1973. – Т. 11. – №. 5. – С. 649-656. https://doi.org/10.2514/3.6806
17. Uhl J., Owens W., Dougherty M., Lutz A., Meyers J., Fletcher D. Pyrolysis simulation in an icp torch facility //42nd AIAA Thermophysics Conference. – 2011. – С. 3618. https://doi.org/10.2514/6.2011-3618
18. Ю. В. Брылкин, В. И. Власов, Г. Н. Залогин, А. Л. Кусов, Н. Ф. Рудин. Экспериментальные исследования влияния структуры поверхности материалов на их каталитическую активность // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2015. – Т. 16. – №. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-3/articles/600/
19. Дождиков В.С., Петров В.А. Излучательные характеристики теплозащитных материалов орбитального корабля «Буран» // Инж.-физ.ж. 2000. Т. 73. № 1. С. 26-30.
20. Баронец П.Н., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Мысова В.М., Першин И.С., Прилепский В.Н., Рулев Ю.К., Труханов А.С., Якушин М.И. Отработка теплозащитных материалов орбитального корабля «БУРАН» на индукционных плазмотронах //Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации. – 1990. – Т. 1991. – С. 41-52.