Experimental Study Of Localization Of Pulsed Combined Discharge In A Structured Flow Behind A Shock Wave
In this work, the distribution of a pulsed volume discharge with ultraviolet preionization in a high-speed structured flow within a rectangular channel of a shock tube (24×48 mm²) and its effect on the flow have been experimentally investigated. To create a stable gas-dynamic structure, including oblique shock waves and separation zones, a dielectric obstacle (6×2×48 mm³) was installed on the wall within the discharge gap. Using high-speed shadow visualization and synchronized recording of the plasma's integral optical radiation, it has been demonstrated that the discharge self-localizes, redistributing according to the instantaneous flow field into spatial plasma channels in a highly non-uniform flow. It has been shown that the primary mechanism of flow modification is shock-wave-based: rapid energy deposition in the localized plasma channels generates directional blast waves with front velocities up to 1200 m/s, which substantially modify the initial gas-dynamic structure. The obtained results demonstrate the possibility of controlled pulsed plasma action on high-speed flows through the targeted self-localization of the discharge in specific flow regions.
В данной работе экспериментально исследовано распределение импульсного объёмного разряда с ультрафиолетовой предыонизацией в высокоскоростном структурированном течении в прямоугольном канале ударной трубы 24×48 мм2 и его воздействие на поток. Для создания стабильной газодинамической структуры, включающей косые скачки уплотнения и зоны отрыва, на стенку в разрядный промежуток установлено диэлектрическое препятствие 6×2×48 мм3. Методами высокоскоростной теневой визуализации и синхронизированной регистрации интегрального оптического излучения плазмы показано, что разряд, самолокализуется, перераспределяясь в соответствии с мгновенным полем течения в сильно неоднородном потоке в пространственные плазменные каналы. Показано, что основным механизмом воздействия на поток является ударно-волновой: быстрое энерговыделение в локализованных плазменных каналах генерирует направленные взрывные волны со скоростями фронта до 1200 м/с, которые существенно модифицируют исходную газодинамическую структуру. Полученные результаты демонстрируют возможность управляемого импульсного плазменного воздействия на высокоскоростные течения, за счет целенаправленной самолокализации разряда в определенных областях течения.
1. Суржиков С. Т. Диффузионно-дрейфовая модель поверхностного тлеющего разряда в сверх-звуковом потоке газа // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2024. № 1. С. 145-162. 2. Leonov S., Yarantsev D. Plasma-induced ignition and plasma-assisted combustion in high-speed flow // Plasma Sources Science and Technology. 2007. Vol. 16, № 1. P. 132-138. 3. Gan T., Wang Q., Gan W., Jieming Z. Visualization study of perturbations induced by plasma actuators and its effect on shock wave/boundary-layer interaction // Journal of Visualization. 2022. Vol. 26, № 3. P. 517–528. 4. Znamenskaya I., Koroteev D., Lutsky A. Discontinuity breakdown on shock wave interaction with nanosecond discharge // Physics of Fluids. 2008. Vol. 20. No. 056101. 5. Рулева Л. Б., Солодовников С. И. Экспериментальные исследования тлеющего разряда на плоских электродах в потоке // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2025. Т. 26, № 1. http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.1.1165 6. Znamenskaya I., Koroteeva E. Y., Kulizade T. A. et al. Nanosecond volume discharge in the non-stationary high-speed profiled channel flow // Physics of Fluids. 2023. Vol. 35. Art. no. 076110. 7. Абакарова А. М., Добров Ю. В., Кравченко Д. С., Лашков В. А., Машек И. Ч., Ренев М. Е., Хоронжук Р. С. СВЧ-разряд с безыскровой лазерной инициацией в сверхзвуковом потоке и влияние его следа на обтекание тел // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2025. Т. 26, № 1. http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.4.1189 8. Знаменская И. А., Муратов М. И., Карнозова Е. А., Сысоев Н. Н., Богданова М. А. Эволюция тепловых полей на обтекаемой поверхности, нагретой ударной волной и плазмой импульсного поверхностного разряда // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, № 6. http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.6.1150 9. Милицына А. А., Мурсенкова И. В. Экспериментальное исследование движения ударной волны в плазме импульсного объемного разряда в воздухе // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. 2023. Т. 2. 10. Znamenskaya I. A., Dolbnya D. I., Ivanov I. E., Kulizade T. A., Sysoev N. N. Pulse volume discharge behind shock wave in channel flow with obstacle // Acta Astronautica. 2022. Vol. 195. P. 493-501. 11. Солодовников С. И., Рулева Л. Б. Экспериментальные исследования газоразрядной плазмы в потоке воздуха // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т. 24, № 6. http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.6.1079 12. Азарова О. А., Ерофеев А. А., Лапушкина Т. Н. Сравнение плазменного и теплового воздействий на сверхзвуковое обтекание аэродинамического тела // Письма в Журнал технической физики. 2017. Т. 43, № 8. 13. Azarova O., Kravchenko O. The Use of Spatially Multi-Component Plasma Structures and Combined Energy Deposition for High-Speed Flow Control: A Selective Review // Energies. 2024. Vol. 17. Art. no. 1632. 14. Зудов В. В., Тупикин А. Ю. Влияние внешнего электрического поля на оптический разряд в скоростном потоке // Журнал технической физики. 2022. Т. 92, № 2. С. 209-215. 15. Стариковский А. Ю., Александров Н. Л. Управление газодинамическими потоками с помощью сверхбыстрого локального нагрева в сильнонеравновесной импульсной плазме // Физика плазмы. 2021. Т. 47, № 2. С. 126–192. 16. Знаменская И. А., Карнозова Е. А. Динамика тепловых полей на обтекаемой поверхности, нагретой ударной волной и импульсным разрядом // Журнал технической физики. 2024. Т. 94, № 6. С. 849–856. 17. Tatarenkova D. I., Koroteeva E. Y., Kulizade T. et al. Pulsed discharge-induced high-speed flow near a dielectric ledge // Experiments in Fluids. 2021. Vol. 62, № 7. Art. no. 151. 18. Долбня Д. И., Дорощенко И. А., Знаменская И. А., Муратов М. И. Новые подходы к визуализации и анализу течений в ударных трубах // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. 2025. Т. 80, № 3. Art. no. 2531001. 19. Архипов Н. О., Знаменская И. А., Мурсенкова И. В., Остапенко И. Ю., Сысоев Н. Н. Эволюция наносекундного комбинированного объемного разряда с плазменными электродами в потоке воздуха // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. 2014. Т. 1. С. 88–95.
