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.
Экспериментальное исследование локализации импульсного комбинированного разряда в структурированном потоке за ударной волной
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. Surzhikov S. T. Diffusion-drift model of surface glow discharge in a supersonic gas flow // Fluid Dynamics. 2024. Vol. 59, № 1. P. 145-168. 2. Leonov S. B., Yarantsev D. A. 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 actua-tors and its effect on shock wave/boundary-layer interaction // Journal of Visualization. 2022. Vol. 26, № 3. P. 517-528. 4. Znamenskaya I. A., Koroteev D. A., Lutsky A. E. Discontinuity breakdown on shock wave interaction with nanosecond discharge // Physics of Fluids. 2008. Vol. 20. Art. no. 056101. 5. Ruleva L. B., Solodovnikov S. I. Experimental studies of glow discharge on flat electrodes in a flow // Physical Chemistry in Gas Dynamics. 2025. Vol. 26, № 1. https://doi.org/10.33257/PhChGD.26.1.1165 6. Znamenskaya I. A., 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. Abakarova A. M., Dobrov Yu. V., Kravchenko D. S., Lashkov V. A., Mashek I. Ch., Renev M. E., Khoronzhuk R. S. Microwave discharge with spark-free laser initiation in supersonic flow and its wake effect on body aerodynamics // Physical Chemistry in Gas Dynamics. 2025. Vol. 26, № 4. https://doi.org/10.33257/PhChGD.26.4.1189 8. Znamenskaya I. A., Muratov M. I., Karnozova E. A., Sysoev N. N., Bogdanova M. A. Evolution of thermal fields on a streamlined surface heated by a shock wave and plasma of a pulsed surface dis-charge // Physical Chemistry in Gas Dynamics. 2024. Vol. 25, № 6. https://doi.org/10.33257/PhChGD.25.6.1150 9. Militsyna A. A., Mursenkova I. V. Experimental study of shock wave motion in plasma of a pulsed volume discharge in air // Moscow University Physics Bulletin. 2023. Vol. 78, № 2. P. 112-118. 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. Solodovnikov S. I., Ruleva L. B. Experimental studies of gas-discharge plasma in an air flow // Physical Chemistry in Gas Dynamics. 2023. Vol. 24, № 6. https://doi.org/10.33257/PhChGD.24.6.1079 12. Azarova O. A., Erofeev A. A., Lapushkina T. N. A comparison of plasma and thermal effects upon supersonic flow past aerodynamic bodies // Technical Physics Letters. 2017. Vol. 43. P. 405–408. 13. Azarova O. A., Kravchenko O. V. The use of spatially multi-component plasma structures and combined energy deposition for high-speed flow control: A selective review // Energies. 2024. Vol. 17, № 7. Art. no. 1632. 14. Zudov V. V., Tupikin A. Yu. Influence of external electric field on optical breakdown in high-speed flow // Technical Physics. 2022. Vol. 67, № 2. P. 164-170. 15. Starikovskiy A. Yu., Aleksandrov N. L. Gasdynamic Flow Control by Ultrafast Local Heating in a Strongly Nonequilibrium Pulsed Plasma // Plasma Physics Reports. 2021. Vol. 47, № 2. P. 148–209. 16. Znamenskaya I. A., Karnozova E. A. Thermal fields dynamics on a streamlined surface heated by a shock wave and a pulsed discharge // Technical Physics. 2024. Vol. 6. P. 790. 17. Tatarenkova D. I., Koroteeva E. Y., Kulizade T. A. et al. Pulsed discharge-induced high-speed flow near a dielectric ledge // Experiments in Fluids. 2021. Vol. 62, № 7. Art. no. 151. 18. Dolbnya D. I., Doroshchenko I. A., Znamenskaya I. A., Muratov M. I. New approaches to flow visualization and analysis in shock tubes // Moscow University Physics Bulletin. 2025. Vol. 80, № 3. P. 625–632. 19. Arkhipov N. O., Znamenskaya I. A., Mursenkova I. V., Ostapenko I. Yu., Sysoev N. N. Development of Nanosecond Combined Volume Discharge with Plasma Electrodes in an Air Flow // Moscow University Physics Bulletin. 2014. Vol. 69, № 1. P. 96-103.
