Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66855010.31857/S036729212360022XVFGSGELOW TEMPERATURE PLASMAНИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЛАЗМАUnknownParameters of a Longitudinal DC Discharge in a Supersonic Air FlowПараметры продольного разряда постоянного тока в сверхзвуковом потоке воздухаTroshkinR. S.ТрошкинР. С.af@jiht.orgFirsovA. A.ФирсовА. А.valentin.bityurin@gmail.comJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of SciencesОбъединенный институт высоких температур РАНJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of SciencesОбъединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)0105202349549550326022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668550

This work is devoted to the study of the properties of a discharge in a supersonic air flow and the problem of determining the temperature of a contracted (thin cylindrical) plasma channel with a radial temperature distribution. The paper considers a direct discharge 30 mm long far from the channel walls in the core of a supersonic flow with the following parameters: Mach number M = 2, flow rate V ~ 500 m/s, stagnation temperature T0 = 300 K, and static gas pressure Pst = 22 kPa. The axisymmetric geometry of the ex-periments with two coaxial electrodes located parallel to the flow was chosen to avoid the appearance of a part of the current channel perpendicular to the flow and the corresponding discharge pulsations. The current–voltage characteristic was obtained, and the dependences of the temperature of the electric discharge plasma on the electrical parameters of the discharge were obtained using emission spectroscopy. Also, with the help of shadow visualization and high-speed shooting, an estimate was obtained of the thickness of the thermal cone and the discharge channel and their dependence on the discharge current.

Исследованы свойства электрического разряда в сверхзвуковом потоке воздуха и проблема определения температуры контрагированного плазменного канала с радиальным распределением температуры. Рассмотрен прямой разряд длиной 30 мм вдали от стенок канала в ядре сверхзвукового потока с параметрами: число Маха M = 2, скорость потока V ~ 500 м/с, температура торможения T0 = 300 K, статическое давление газа Pst = 22 кПа. Осесимметричная геометрия экспериментов в конфигурации с двумя соосными электродами, расположенными параллельно потоку, была выбрана во избежание появления части канала тока, перпендикулярной потоку, и соответствующих пульсаций разряда. Получена вольтамперная характеристика разряда, и с помощью эмиссионной спектроскопии были установлены зависимости температуры электроразрядной плазмы от электрических параметров разряда. Также с помощью метода теневой визуализации и высокоскоростной съемки была получена оценка толщины теплового конуса, размера разрядного канала и их зависимость от тока разряда.

DC electric dischargearc dischargesupersonic flowemission spectroscopygas temperaturedischarge channel parametersэлектрический разряд постоянного токадуговой разрядсверхзвуковой потокэмиссионная спектроскопиятемпература газапараметры разрядного каналаAlferov V.I., Bushmin A.S. // Sov. Phys. JETP. 1963. V. 17. P. 1190.Caruana D. // Plasma Phys Control Fusion. 2010. V. 52. P. 124045. https://doi.org/10.1088/0741-3335/52/12/124045Poggie J., McLaughlin T., Leonov S. // Aerospace-Lab Journal AL10. 2015. https://doi.org/10.12762/2015.AL10-01Leonov S. // Energies (Basel). 2018. V. 11. P. 1733. https://doi.org/10.3390/en11071733Yatskih A.A., Semenov A.N., Yermolaev Yu.G., Kosi-nov A.D., Semionov N.V. // Siberian Journal of Physics. 2017. V. 12. P. 41. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2017-12-3-41-48Falempin F., Firsov A.A., Yarantsev D.A., Goldfeld M.A., Timofeev K., Leonov S.B. // Exp Fluids. 2015. V. 56. P. 54. https://doi.org/10.1007/s00348-015-1928-4Ferrero A. // Aerospace. 2020. V. 7. P. 32. https://doi.org/10.3390/aerospace7030032Andrews P., Lax P., Leonov S. // Energies (Basel). 2022. V. 15. P. 7104. https://doi.org/10.3390/EN1519714Ma X., Fan J., Wu Y., Liu, Xue R. // Physics of Fluids. 2022. V. 34. P. 086102. https://doi.org/10.1063/5.0095487Tang M., Wu Y., Wang H. // Acta Astronaut. 2022. V. 198. P. 577. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.07.010Watanabe Y., Elliott S., Firsov A., Houpt A., Leonov S. // J. Phys D Appl Phys. 2019. V. 52. P. 444003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/AB352FHongyu W., Feng X., Jie L., Cheng Y., Yanguang Y. // Acta Astronaut. 2021. V. 187. P. 325. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.06.049Gong G., Li Y., Wang Y., Kuang P. // AIP Adv. 2020. V. 10. P. 055212. https://doi.org/10.1063/1.5145235Ershov A.P., Kamenshchikov S.A., Kolesnikov E.B., Logunov A.A., Firsov A.A., Chernikov V.A. // Fluid Dynamics. 2008. V. 43. P. 605. https://doi.org/10.1134/S0015462808040133Feng R., Sun M., Wang H., Huang Y., Tian Y., Wang C., Liu X., Zhu J., Wang Z. // Aerosp Sci Technol. 2022. V. 121. P. 107381. https://doi.org/10.1016/J.AST.2022.107381Leonov S.B., Elliott S., Carter C., Houpt A., Lax P., Ombrello T. // Exp Therm Fluid Sci. 2021. V. 124. P. 110355. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2021.110355Firsov A.A., Kolosov N.S. // J Phys Conf Ser. 2021. V. 2100. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012017Leonov S.B., Savelkin K.V., Firsov A.A., Yarantsev D.A. // High Temperature. 2010. V. 48. P. 896. https://doi.org/10.1134/S0018151X10060179Ershov A.P., Surkont O.S., Timofeev I.B., Shibkov V.M., Chernikov V.A. // High Temperature. 2004. V. 42. P. 667. https://doi.org/10.1023/B:HITE.0000046519.53287.47Ershov A.P., Kalinin A.V., Surkont O.S., Timofeev I.B., Shibkov V.M., Chernikov V.A. // High Temperature. 2004. V. 42. P. 865. https://doi.org/10.1007/S10740-005-0029-0Leonov S.B., Yarantsev D.A. // Fluid Dynamics. 2008. V. 43. P. 945. https://doi.org/10.1134/S001546280806015XShibkov V.M., Shibkova L.V., Logunov A.A. // Plasma Physics Reports. 20117. V. 43. P. 373. https://doi.org/10.1134/S1063780X17030114Shibkov V.M., Shibkova L.V., Logunov A.A. // Plasma Physics Reports. 2018. V. 44. P. 754. https://doi.org/10.1134/S1063780X18080056Perevoshchikov E.E., Firsov A.A. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. № 5. P. 634. https://doi.org/10.1134/S1063780X22601894Bityurin V.A., Bocharov A.N., Dobrovolskaya A.S., Po-pov N.A., Firsov A.A. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. № 5. P. 575. https://doi.org/10.1134/S1063780X22601869Bychkov V.L., Grachev L.P., Esakov I.I., Ravaev A.A., Khodataev K.V. // Technical Physics 2004. V. 49. № 7. V. 49. P. 833. https://doi.org/10.1134/1.1778855Firsov A., Bityurin V., Tarasov D., Dobrovolskaya A., Troshkin R., Bocharov A. // Energies (Basel). 2022. V. 15. P. 7015. https://doi.org/10.3390/en15197015Aksenov A.A. // Computer Research and Modeling. 2017. V. 9. P. 5. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2017-9-5-20Bityurin V.A., Bocharov A.N. // Fluid Dynamics 2006. V. 41. № 5. V. 41. P. 843. https://doi.org/10.1007/S10697-006-0100-5Bityurin V.A., Bocharov A.N., Popov N.A. // Fluid Dynamics. 2008. 43:4. V. 43. P. 642. https://doi.org/10.1134/S0015462808040170Bityurin V.A., Bocharov A.N., Popov N.A. // J. Phys. D Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 354001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/AB2181Шибков В.М., Корнев К.Н., Логунов А.А., Нестеренко Ю.К. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 7. Shibkov V.M., Kornev K.N., Logunov A.A., Nesteren-ko Yu.K. // Plasma Physics Reports. 2022. V. 48. P. 798. https://doi.org/10.1134/S1063780X22700246Pusateri E.N., Morris H.E., Nelson E.M., Ji W. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2015. V. 120. P. 7300. https://doi.org/10.1002/2015JD023100