ИСТИНА

Проект относится к приоритетному для Российской Федерации направлению – авиационно-космические транспортные системы, связанному с технологией создания новых видов высокоскоростных летательных аппаратов. Положенные в основу Проекта задачи находятся на стыке наук, где только и возможны новые нетрадиционные решения. В основе планируемых исследований лежат передовые достижения в физике низкотемпературной плазмы, в газовой динамике, в физической химии. В результате решения проекта планируется выявить основные физико-химические процессы, протекающие при плазменно-стимулированном горении топлива в дозвуковых и сверхзвуковых воздушных потоках. Актуальность работы связана с возможны применением плазменно-стимулированного горения в высокоскоростных потоках воздушно-углеводородных и углеродсодержащих топлив не только в различных областях теплоэнергетики, но и для управления процессом горения в форсажной камере турбореактивного двигателя, а также в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Целью исследований является экспериментальное изучение процессов, протекающих в условиях инициированного низкотемпературной газоразрядной плазмой горения жидкого (спирт) и газообразного (пропан) топлив, инжектируемых в холодные (с температурой меньше 300 К) высокоскоростные (скорость в пределах 10-520 м/с) воздушные потоки. Низкотемпературная плазма в высокоскоростных воздушных потоках будет создаваться с помощью поверхностного и объемного микроволновых разрядов, а также пульсирующего поперечно-продольного нестационарного разряда. Планируется выявить возможность увеличения эффективности сгорания топлива в условиях комбинированного разряда при одновременном воздействии на высокоскоростной поток воздушно-углеводородного и углеродсодержащего топлива микроволнового разряда и пульсирующего поперечно-продольного нестационарного разрядов. В последнее время проводятся также интенсивные исследования, связанные с изучением воздействия низкотемпературной плазмы на свойства различных жидкостей. При этом электрические разряды создаются либо на поверхности, либо в объеме жидкости. В Проекте для активации жидкого углеродсодержащего топлива и его инжекции в высокоскоростные воздушные потоки планируется использовать поверхностный СВЧ разряд, существующий при высоких значениях приведенного электрического поля. Это обеспечивает высокую степень ионизации плазменной среды, высокую скорость наработки различных возбужденных частиц, а также активных радикалов. При этом происходит быстрый нагрев среды, и выброс с большой скоростью парообразной и мелкодисперсной капельной фазы в окружающее пространство. В ходе выполнения проекта планируется получить в масштабах реального времени набор экспериментальных результатов о параметрах низкотемпературной плазмы комбинированного микроволнового разряда, создаваемого в воздушном потоке, а также данные о пространственном распределении температуры и степени ионизации пламени при плазменно-стимулированном горении углеродсодержащих топлив в широком диапазоне скоростей дозвуковых и сверхзвуковых потоков. Будет проведено 1D и 2D математическое моделирование влияния распределенного тепловыделения на характеристики сверхзвукового потока в аэродинамическом канале переменного сечения. Полученные экспериментальные результаты совместно с данными математического моделирования необходимы для выявления основных процессов, протекающих при воспламенении и горении углеродсодержащих и углеводородных топлив в условиях низкотемпературной плазмы.

The project is a priority for the Russian Federation direction - aviation and space transportation systems, associated with the technology of creating new types of high-speed aircraft. Underlying objectives of the project are at the intersection of sciences, where only new non-traditional solutions are possible. At the basis of the planned studies lie advanced achievements in the physics of low-temperature plasma, in gas dynamics, in physical chemistry. As a result of the project decision, it is planned to identify the main physicochemical processes taking place in plasma-stimulated fuel combustion in subsonic and supersonic airflows. The actuality of the work is connected with the possible use of plasma-stimulated combustion in high-speed streams of air-hydrocarbon and carbon-containing fuels not only in various areas of heat power engineering, but also for controlling the combustion process in the afterburner of a turbojet engine and also in the combustion chamber of a ramjet engine. The purpose of the research is the experimental study of the processes occurring under condition of plasma-initiated combustion of liquid (alcohol) and gaseous (propane) fuels injected in the cold (with temperature less than 300 K), high speed (flow velocity in the range of 10-520 m/s) airflows. Low-temperature plasma in high-speed air streams will be created with the help of surface and volume microwave discharges, as well as a pulsating transverse-longitudinal non-stationary discharge. It is planned to identify the possibility of increasing the efficiency of fuel combustion in conditions of a combined discharge with simultaneous action of a microwave discharge and pulsating transverse-longitudinal non-stationary discharges on a high-speed flow of air-hydrocarbon and carbon-containing fuels. Recently, intensive studies have also been carried out to study the effect of low-temperature plasma on the properties of various liquids. In this case, electric discharges are created either on the surface or in the volume of the liquid. In the Project, it is planned to use surface microwave discharge existing at high values of the reduced electric field to activate liquid carbon-containing fuel and its injection into high-speed air flows. This ensures a high degree of ionization of the plasma medium, a high rate of production of various excited particles, as well as active radicals. In this case, a rapid heating of the medium occurs, and the ejection of the vaporous and finely dispersed drop phase into the surrounding space at high speed. In the course of the project, it is planned to obtain on a real-time scale a set of experimental results on the parameters of a low-temperature plasma of a combined microwave discharge created in the air stream, as well as data on the spatial distribution of temperature and degree of ionization of the flame in plasma-stimulated combustion of carbon-containing fuels in a wide range of subsonic and supersonic flows. 1D and 2D mathematical modeling of the effect of distributed heat release on the characteristics of a supersonic flow in an aerodynamic channel of a variable cross section will be carried out. The obtained experimental results together with the data of mathematical modeling are necessary for revealing the main processes that occur during the ignition and combustion of carbon-containing and hydrocarbon fuels under conditions of low-temperature plasma.