Аэротермохимия и теплообмен при обтекании поверхности материалов высокоэнтальпийными потоками газов и электроразрядные явления

В экспериментах на 100-киловаттном ВЧ-плазматроне ВГУ-4 исследован теплообмен охлаждаемых поверхностей металлов (серебро, медь, нержавеющая сталь, никель) с дозвуковыми и недорасширенными струями диссоциированных газов (воздух, азот, углекислый газ). Данные по теплообмену в высокоэнтальпийных недорасширенных струях воздуха и углекислого газа экстраполированы на условия входа тел в атмосферу Земли и Марса с гиперзвуковыми скоростями. В дозвуковых струях диссоциированного углекислого газа выполнено моделирование аэродинамического нагрева в окрестности точки торможения для теплонапряженных точек траектории аппарата ExoMars. Выполнены расчеты течений плазмы воздуха, азота и углекислого газа в разрядном канале ВЧ-плазматрона и обтекания моделей дозвуковыми высокоэнтальпийными потоками газов. Из сравнения измеренных и рассчитанных тепловых потоков определены эффективные коэффициенты рекомбинации атомов O, N и молекул СO на поверхностях металлов, кварца, графита и высокотемпературной керамики. Достигнуты условия экстремального теплообмена в высокоэнтальпийных потоках воздуха и азота, обеспечивающие нагрев поверхности графита до 3500°С, определены характеристики его сублимационного разрушения. На мегаваттном ВЧ-плазматроне ВГУ-3 с применением разработанных водоохлаждаемых конических сопел и щелевого сопла реализованы новые режимы сверхзвукового истечения воздушной плазмы из разрядного канала и существенно расширены возможности моделирования аэродинамического нагрева затупленных тел для условий входа затупленных тел в атмосферу Земли. Проделаны расчеты короны, возбуждаемой от множества одинаковых стержней, имитирующих действие растительности, покрывающей землю, и других аналогичных объектов. Показано, как в пределе тесного расположения стержней индивидуальные короны сливаются и образуют над землей протяженный плоский слой объемного ионного заряда. Рассмотрено влияние короны на притяжение молнии к высоким объектам. Проделаны двумерные компьютерные расчеты короны от грозозащитных тросов, а также серийные расчеты по упрощенной аналитической теории, в том числе с учетом провисания подвешенных тросов. Проведена работа по совершенствованию программы для расчета стационарной гексагональной токовой структуры. Поскольку проблема имеет большое научное значение, предварительные результаты трехмерных расчетов были представлены в приглашенном пленарном докладе на международной конференции HAKONE XIV, Zinnowitz, Германия, 21 - 26 сентября 2014 г. Также выполнены расчеты другого эффекта самоорганизации - контракции тлеющего разряда.