Экспериментальное и теоретическое исследование сверхзвуковых течений газов с плазменными образованиями

Проект посвящен разработке единого экспериментально-расчетного комплекса для исследования сверхзвуковых течений с плазменными образованиями и неоднородностями полей газодинамических функций. Создание зон локального нагрева и плотностной неоднородности перед обтекаемым телом может заметно менять ударно-волновые структуры вблизи летательных аппаратов и существенно влиять на аэродинамические характеристики и тепловые потоки. Источником нагрева в потоке могут служить плазменные структуры, сформированные с помощью разрядов различного типа: межэлектродных (искровые, барьерные разряды), а также микроволновых. Идея управления сверхзвуковыми течениями с помощью локального подвода энергии была высказана более 20 лет назад, однако ее практическая реализация в аэродинамике летательных аппаратов до настоящего времени отсутствует в связи со сложностями экспериментального и теоретического исследования динамики плазмы в сверхзвуковом потоке. Целью настоящего проекта является создание современного инструмента для комплексного экспериментального, теоретического и численного исследования плазмы разрядов различного типа и их влияния на аэродинамику и теплообмен сверхзвуковых летательных аппаратов. Экспериментальные исследования течений газа будут проводиться на уникальной аэродинамической установке Санкт-Петербургского государственного университета с использованием собственных методик создания плазменных структур в сверхзвуковом потоке. Математические модели течений будут разрабатываться строгими методами кинетической теории неравновесных процессов с привлечением методов физико-химической кинетики. Теоретическое описание и экспериментальное исследование плазмы разрядов будет проводиться современными методами физики низкотемпературной плазмы. Для численного моделирования сверхзвукового обтекания тел с учетом плазменных структур в потоке будет разработан новый специализированный программный комплекс; это послужит целям импортозамещения коммерческих вычислительных пакетов. Будет проведено систематическое исследование кинетики и динамики разрядов различных типов, быстрого локального нагрева газа с помощью плазмы и его влияния на изменение аэродинамических характеристик тел разной формы и тепловых потоков на их поверхности, даны практические рекомендации по оптимальным параметрам плазменных образований. Актуальность предлагаемых исследований обусловлена необходимостью решения целого ряда современных научно-технических проблем: снижение силовых и тепловых нагрузок на высокоскоростные летательные аппараты, моделирование входа космических аппаратов в атмосферы планет, информационное обеспечение сверхзвукового полета в атмосфере, изучение течений газов в высокоэнтальпийных установках, исследование процессов горения. Исследования разрядов при атмосферном давлении актуальны не только для современной аэрокосмической промышленности, но и в материаловедении, медицине, экологии. Особенностью проекта является эффективное сочетание теоретических, экспериментальных и численных методов исследования. Проект носит междисциплинарный характер, объединяя направления экспериментальной аэромеханики, кинетической теории неравновесных процессов, физической химии, физики низкотемпературной плазмы, лазерной физики, оптики, математического моделирования сред и технических устройств. Научный коллектив проекта объединяет ведущие научные школы в области газоразрядной плазмы и вычислительной аэромеханики и обладает опытом успешной реализации научных проектов, в том числе Российского научного фонда, что обеспечит выполнение поставленных задач.