Особенности переноса тока в разряде в поперечном сверхзвуковом потоке газа при формировании цилиндрических, кумулятивных структур (плазмоидов)


Просмотр статьи
PDF, 1,2 МБ

Peculiarity of current transfer in discharge blown off with transversal supersonic gas flow and forming of cumulative plasma structures

It’s reported about experimental and theoretical investigations of plasma in near-cathode and near-anode wires, about gas discharge between plasma electrodes (those wires, which blow off with transversal supersonic gas flow). While increasing the current plasma wires connect each other in next order: 1) uniform diffusion discharge; 2) discharge with flat stratums; 3) cylindrical wire converted in electric arc. Concentration of electrons in plasma wires differs from one in medium to 1011-1012 times. Because of that it should be regions with transversal to wire surface electric field. As the result of experimental and theoretical investigations it can be said that all those effects exists due to of cumulation of electric field to the center of plasma structures (wires). Due to cumulation model some strange facts can be explained, such as small values of puncture potential to the length of wires, rising up volt-ampere characteristic, current perturbations, etc. Normal current density on cylindrical plasma structures is introduced.

Филипп Иванович Высикайло, Алексей Петрович Ершов, Михаил Игоревич Кузьмин, Александр Сергеевич Тивков, Борис Виталиевич Чекалин

Том 5, 2007 год



Сообщается об экспериментальном и теоретическом исследованиях плазменных прианодного и прикатодного шнуров и свойств разряда, горящего между плазменными электродами, образованными электрическими шнурами, плазма которых интенсивно сносится поперечным сверхзвуковым потоком газа. Доказано, что в математических моделях плазмоидов необходимо учитывать возможность появления областей, где напряженность электрического поля имеет нормальную составляющую к поверхности плазменных шнуров существенно превосходящую продольную компоненту. В результате сравнения экспериментальных наблюдений и теоретических исследований делается вывод, что наблюдаемые явления обусловлены кумуляцией (самофокусировкой) электрического поля в активизируемой им среде к центру плазменных структур. Впервые на основе экспериментов и кумулятивной модели фокусировки электрического поля к центру цилиндрического плазмоида объяснены ряд ранее непонятных фактов. Введено понятие нормальной плотности тока на цилиндрические плазмоиды и рассчитаны значения нормальной плотности тока на их поверхности. Теоретически проанализированы геометрические формы и типы кумуляции в газоразрядной плазме. Исследованы спектры собственных времен и резонансные частоты плазменных структур. По геометрическим размерам страт и электрических шнуров рассчитаны концентрации электронов в промежутке между плазменными электродами и на границе электрических шнуров. Поставлены вопросы для дальнейших исследований нелинейных взаимодействий электрического поля с потоками заряженных частиц самоорганизующейся плазмы, формирующей под действием внешнего электрического поля плазменные линзы или плазменные аттракторы и высоко эффективные кумулятивные струи.

газовый разряд, перенос, кумуляция, фокусировка, структуры, амбиполярные процессы, сверхзвуковые потоки, плазменная аэродинамика

Филипп Иванович Высикайло, Алексей Петрович Ершов, Михаил Игоревич Кузьмин, Александр Сергеевич Тивков, Борис Виталиевич Чекалин

Том 5, 2007 год



1. Грановский В.А. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.
2. Леб Л. Основные процессы электрических разрядов в газах. М.: Госиздат, 1950. 672 с.
3. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1988. 592 с.
4. Велихов Е.П., Голубев В.С, Пашкин С.В. Тлеющий разряд в потоке газа. // УФН. 1982. Т.137. №1. С. 117.
5. Алферов В.И., Бушмин А.С., Калачев Б.В. Экспериментальное исследование свойств электрического разряда в потоке воздуха // ЖЭТФ. 1966. Т. 51. № 5 (11). С.1281.
6. Алферов В.И. Исследование структуры электрического разряда большой мощности в высокоскоростном потоке воздуха. // МЖГ. 2004. № 6. С. 173.
7. Высикайло Ф.И. Кумуляция электрического поля в диссипативных структурах в газоразрядной плазме. // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. № 5. С. 1071.
8. Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968. 244 с.
9. Alexandrov A.F., Ardelyan N.V., Chuvashev S.N. et al. Supersonic plasma flows and their influence on aerodynamics of flight //Journal of Technical Physics V.41. №1. Special Issue. 2000. P.533-550.
10. Miles R.B., Macheret S.O., Martinelly L. et al. Plasma Control of Shock Waves in Aerodynamics and Sonic Boom Mitigation. 32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop 11-14 June 2001/ Anaheim,CA. AIAA-2001-3062.
11. Высикайло Ф.И. Скачки параметров неоднородной столкновительной плазмы с током, обусловленные нарушением квазинейтральности. // Физика плазмы. 1985. Т. 11. № 10. С. 1256.
12. Высикайло Ф.И. О процессах сноса в плазме газового разряда. // Физика плазмы. 1990. Т. 16. № 10. С. 1268.
13. Kolrausch F. // Ann. d. Phys. Сhem. 1897. Dd. 62. S. 209.
14. Weber H. // Sitz. Akad. Wiss. Berlin. 1897. Bd. 44. S. 936.
15. Высикайло Ф.И. Процессы амбиполярного переноса в формировании неоднородных профилей в структурах в газоразрядной плазме. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н.  г.Троицк М.О.: ТРИНИТИ, 2003. 268 с.
16. Забабахин Е.И., Забабахин И.Е. Явления неограниченной кумуляции. М.: Наука, 1988. 171с.
17. Маргулис М.А. Сонолюминесценция. // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 3. С. 263.
18. Бабичев В.Н., Высикайло Ф.И., Голубев С.А., Письменный В.Д. и др. Исследование дрейфовых скачков газоразрядной плазмы. // Физика плазмы. 1987. Т. 13. № 12. С. 1524.
19. Бабичев В.Н., Высикайло Ф.И., Голубев С.А. Экспериментальное подтверждение существования скачков параметров газоразрядной плазмы. // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12. № 16. С. 992.
20. Бабичев В.Н., Высикайло Ф.И., Голубев С.А., и др. Экспериментальные исследования амбиполярного дрейфа плазмы, возмущенной пучком быстрых электронов. // ДАН СССР. Физика. 1987. Т. 297. № 4. С. 833.
21. Высикайло Ф.И., Глова А.Ф., Смакотин М.М. Стационарный тлеющий разряд в азоте с отрицательной вольт-амперной характеристикой. // Физика плазмы. 1988. Т. 14. № 6. С. 734-736.
22. Высикайло Ф.И. Кумулятивно  реактивные диссипативные структуры как парадигма синергетики. //Тр. семинара. “Синергетика”. Т.4. М.: Издво МГУ, 2001. С. 106.
23. Двинин С.А., Ершов А.П., Тимофеев И.Б. и др. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа // ТВТ. 2004. Т. 42. № 2. С.181.
24. Ершов. А.П., Сурконт О.С., Тимофеев И.Б. и др. Поперечные электрические разряды в сверхзвуковых потоках воздуха. Механизмы распространения и неустойчивости разряда // ТВТ, 2004, т. 42, № 4. C.516.
25. Витковский В.В., Грачев Л.П., Грицов Н.Н. и др. Экспериментальное исследование электрических разрядов постоянного тока в сверхзвуковых и дозвуковых потоках воздуха. // М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1991. Вып. 2505. 27с.
26. Александров А. Ф., Ершов А. П., Сурконт О .С. и др. Газодинамические особенности электрических разрядов в сверхзвуковых потоках // Препринт МГУ, Физический факультет. № 10/2004. 2004. 25 с.
27. Schottky W. Diffusions Theorie der positiv Säule. // Phys. Zeit. 1924. Bd. 25. S. 635.
28. Сорока А. М., Шапиро Г. И. Возникновение вынужденной амбиполярной диффузии под действием высокочастотного электрического поля. // Письма ЖТФ. 1979. Т. 5. № 3. С. 129.
29. Высикайло Ф.И. О модели продольного разряда в сверхзвуковом потоке электроположительного газа. // ТВТ. 1986. Т. 24. № 4. С. 657.
30. Высикайло Ф.И. О применении феноменологии, синергетики и теории катастроф для описания диссипативных динамических структур. Феноменологический аналоговый метод. //Препринт ТРИНИТИ № 0025-А. ЦНИИАТОМИНФОРМ. 1996. 38 с.
31. Демьянов А.В., Мазалов Д.А., Напартович А.П. и др. Нелинейный амбиполярный дрейф и периодическая структура низкотемпературной плазмы повышенного давления. // ЖЭТФ. 1996. Т. 110. № 4 (10). С. 1266.
32. Высикайло Ф.И. Амбиполярный дрейф слабоионизованной плазмы, обусловленный нелокальностью функции распределения электронов. // Физика плазмы. 1987. Т. 13. № 2. С. 216.
33. Акишев Ю.С., Высикайло Ф.И., Напартович А.П. и др. Исследование квазистационарного разряда в азоте. // ТВТ. 1980. Т. 18. № 2. С. 266.
34. Высикайло Ф.И. Кумулятивно-диссипативные кристаллы с пучками. // Труды XXX Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС. Тезисы к докладам, г. Москва, РФ, 2428 февраля. 2003. С. 223.
35. Высикайло Ф.И. Гиперсвойства кумулятивных диссипативных кристаллов. //Тр. Междунар. Конф. “VI Забабахинские научные чтения”, г. Снежинск. 2428. 09. 2001. Издво РФЯЦ ВНИИТФ. С. 31.
36. Бондаренко А.В., Высикайло Ф.И., Кохан В.И. Продольный разряд в турбулентном потоке азота. // ТВТ. 1983. Т. 21. № 2. С. 388389.
37. Бреев В.В., Двуреченский С.В., Пашкин С.В. Аналитические и численные исследования стационарных состояний положительного столба высоковольтного диффузионного разряда при средних давлениях. // ТВТ. 1979. Т. 17. №1. С. 31.
38. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. М : Постмаркет. 2001. 560с.
39. Высикайло Ф.И., Напартович А.П. Стационарная одномерная модель разряда в электроотрицательном газе. // ТВТ. 1981. Т. 19. № 2. С. 421.
40. Фортов В.Е., Ваулина О.С., Петров О.Ф. и др. Динамика макрочастиц в пылевой плазме в условиях микрогравитации (первые эксперименты на МКС). // ЖЭТФ 2003. Т. 123. № 4. С.798.
41. Паль А.Ф. Эволюция возмущений в несамостоятельном разряде. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н.  М.: МГУ, 1993. 354 с.