ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
Института теоретической и прикладной механики СО РАН
за 2002 год

Проведено экспериментальное исследование перехода между регулярным и маховским отражениями стационарных ударных волн в малотурбулентной аэродинамической трубе Т-325. Впервые в мире показано, что переход от регулярного отражения к маховскому происходит точно в соответствии с критерием максимального поворота потока, в то время как обратный переход - в соответствии с критерием Неймана. Полученные экспериментальные данные подтверждают гипотезу о существовании гистерезиса при переходе между двумя типами отражения. Эти исследования выявили влияние возмущений потока аэродинамической трубы на реализующийся тип отражения, что приводит к необходимости пересмотра интерпретации данных трубных экспериментов, особенно при отсутствии полетных тестов и должны приниматься во внимание при проектировании воздухозаборников гиперзвуковых ЛА и в других приложениях.

Применение двух экспериментальных методик, шлирен-визуализации поля течения (см. рис.) и измерений полного давления в потоке за точкой отражения ударных волн, позволило получить точные надежные данные по углам перехода при непрерывном изменении углов атаки клиньев, которые показывают полную повторяемость углов перехода в различных трубных тестах.


На основе исследования по управлению процессами в турбулентных пламенах гомогенных смесей показана возможность воспламенения и стабилизации пламени для водородо-, метано- и пропано-воздушных смесей от плазмы оптического разряда. Установлено, что применение оптического пульсирующего разряда (ОПР) приводит к расширению пределов устойчивого горения по скорости и составу смеси при сравнении с механическим способом стабилизации. Это обусловлено энергетическими характеристиками плазмы и ее влиянием на турбулентный поток, что приводит к интенсификации процессов горения.

Экспериментально обнаружено явление устойчивого воспламенения и стабилизации горения в турбулентном потоке пропано-воздушных смесей под воздействием сфокусированного пульсирующего излучения СО2-лазера при отсутствии оптического пробоя смеси. На рисунке приведены иллюстрации горения водородо-воздушной смеси при инициировании плазмой и пропано-воздушной смеси при отсутствии оптического пробоя.


Приведено также влияние способа инициирования горения на турбулентную скорость пламени для пропано-воздушной смеси. В отсутствии оптического пробоя скорость распространения пламени выше на ~ 25%.

Эффекты поглощения реагирующей смесью энергии импульсно-периодического лазерного излучения могут быть использованы для интенсификации процессов горения.

Разработан, создан и запущен в эксплуатацию на предприятии атомной промышленности (заводе НЗХК г. Новосибирск) впервые в России автоматизированный лазерный технологический комплекс (АЛТК) для резки листовых материалов широкого спектра толщин: листовой прокат из углеродистых и легированных сталей 0.3 - 25 мм, медь 5 мм, алюминиевые сплавы 12 мм, нержавеющая сталь, титан 25 мм, стекло 3 - 10 мм, дерево до 70 мм и др. Использование АЛТК позволило резко повысить производительность труда и создать новые рабочие места.


Разработан и изготовлен универсальный источник света для реализации оптических методов диагностики в аэрофизическом эксперименте. Источник выполнен в виде компактного единого блока со сменными насадками излучателей (лазерный диод, светодиод) и предназначен для получения непрерывного или импульсного потока оптического излучения. Мощность излучения в непрерывном режиме 30 мВт с лазерным излучателем, 100 мВт со светодиодным излучателем; в импульсном режиме - 50 мВт с лазерным излучателем, 150 мВт со светодиодным излучателем. Длина волны излучения зависит от используемого излучателя (для используемого лазерного диода - 0,664 мкм). В импульсном режиме прибор позволяет работать как от встроенного генератора, так и от внешних синхроимпульсов. Диапазон изменения длительности импульсов 1 - 255 мкс. с шагом 1 мкс. Диапазон изменения периода внутреннего генератора 1 - 20 мс с шагом 1 мс Габаритные размеры W 42 мм., H 54 мм., L 190 мм. Вес 500 г (с лазерным излучателем 30 мВт). Внешний вид прибора и расположение органов управления показан на рис. 1.


Рис.1

Разработана технология плазмохимического обогащения германийсодержащих зольных уносов. Метод основан на переводе германия в газовую фазу в виде моноокиси с расплавлением и последующим отделением минеральной части сырья. Способ обеспечивает двадцатикратное обогащение при степени извлечения Ge около 96%.

Разработана и изготовлена плазмохимическая установка по извлечению германия из золы сахалинских углей. В качестве плазмообразующего газа использован воздух.

Впервые построена статистическая модель адгезионного взаимодействия частиц при высокоскоростном ударе о преграду, позволившая объяснить явление холодного газодинамического напыления. Для частиц алюминия различных размеров получены зависимости от скорости удара энергии адгезии и упругой энергии. Показано, что вероятность закрепления частиц алюминия на подложке максимальна для частиц размером 20 - 50 мкм.

При построении статистической модели процесс адгезионного взаимодействия частицы с преградой при газодинамическом напылении моделировался на основе упрощений реальных физических процессов. Исследования показали, что существует определенный размер частиц, при котором скорость удара, необходимая для закрепления их с заданным уровнем вероятности минимальна. На рис. 1 приведены результаты расчета для уровней вероятности 0,1, 0,5, и 0,9. Видно, что кривые имеют ярко выраженный минимум, определяющий наиболее выгодные параметры частиц для достижения заданного уровня вероятности закрепления. На рис. 2 приведены кривые зависимости коэффициента напыления от скорости частиц для полидисперсных порошков алюминия АСД1 и АСД4 .


Рис. 1 Зависимость скорости удара частиц при заданном уровне вероятности закрепления от диаметра частиц

Рис. 2 Зависимость коэффициента напыления различных фракций алюминия от скорости

Предложенная эмпирическая статистическая модель позволяет качественно объяснить явление холодного газодинамического напыления при высокоскоростном ударе частиц о преграду.

Всего за 2002 год институтом опубликовано: статей в рецензируемых журналах - 165, монографий - 2.